專利名稱：聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電聚合物是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，因其獨(dú)特的性能而廣泛應(yīng)用在電化學(xué)、電極材料、光學(xué)、生物技術(shù)以及導(dǎo)電材料等方面。在眾多導(dǎo)電聚合物中，聚吡咯由于具有典型的剛性共軛大η鍵結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性、環(huán)境穩(wěn)定性、光電性、熱電性、并且具有電導(dǎo)率可調(diào)、易于制備和摻雜、可以方便的沉積在各種基片上、可與其它功能材料共聚和復(fù)合、可在常溫或低溫下使用等優(yōu)點(diǎn)， 廣泛地應(yīng)用在傳感器、電子器件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。聚吡咯具有良好的導(dǎo)電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性以及容易制備等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于聚吡咯成本較昂貴、不溶不熔且加工性能較差，限制了其在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。因此，合成性能優(yōu)良、成本低的納米導(dǎo)電復(fù)合材料更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。與吡咯相比苯胺更廉價(jià)易得，將苯胺加入到導(dǎo)電聚吡咯中制備復(fù)合材料，一方面解決了導(dǎo)電聚吡咯的成本較昂貴的問(wèn)題，另一方面復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和機(jī)械延展性較純聚吡咯均得到提高，而且還可獲得其它的功能特性。中國(guó)專利Z1201010560890. 3報(bào)到了一種導(dǎo)電聚苯胺聚吡咯復(fù)合膜的制備方法，該專利采用電化學(xué)方法的界面聚合法，將苯胺單體和吡咯單體溶于有機(jī)溶劑中，將支持電解質(zhì)溶于水中，從而產(chǎn)生了有機(jī)相和水相的液液界面，然后將工作電極插到此液液界面，將輔助電極和參比電極放于支持電解質(zhì)溶液中，由電化學(xué)引發(fā)聚合，得到共聚物聚苯胺聚吡咯復(fù)合膜。但該專利存在以下明顯缺點(diǎn)
(1)采用電化學(xué)方法制備聚合物，由于實(shí)驗(yàn)條件苛刻，僅適用于實(shí)驗(yàn)研究而不適用于工業(yè)生產(chǎn),并且該方法會(huì)進(jìn)一步增加產(chǎn)品成本；
(2)由于該專利中采用了大量的有機(jī)溶劑，反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢液，因此會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚苯胺O聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明是聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其步驟為
(1)將苯胺和氨基磺酸加入水中，氨基磺酸與苯胺單體的摩爾比為1: I ;
(2)在攪拌狀態(tài)下，將氧化劑加入到上述溶液中，在10 30°C下，反應(yīng)2小時(shí)，氧化劑與苯胺單體的摩爾比為0. 7 : I ；
(3)將反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性，將濾餅40°C下真空干燥，粉碎后得聚苯胺粉
體；
(4)將聚苯胺和水在攪拌下混合，充分浸潰分散，聚苯胺與水的質(zhì)量比為4 161000 ；
(5)將氧化劑加入到含有吡咯單體和氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，10 30°C下反應(yīng)O. 5小時(shí)，吡咯單體與PAn的質(zhì)量比為1:0. 2 O. 8，氨基磺酸與吡咯單體的摩爾比為0. 8 1，氧化劑與吡咯單體的摩爾比為0. 8 I ；
(6)將反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，粉碎后得聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。本發(fā)明的有益之處是合成工藝條件溫和，工藝流程簡(jiǎn)單，合成時(shí)間較短；產(chǎn)品的電導(dǎo)率穩(wěn)定性好；產(chǎn)品成本較低；合成的聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料電導(dǎo)率較高，可用于傳感器、生物醫(yī)學(xué)、電子器件等領(lǐng)域。
圖I是實(shí)施例I產(chǎn)品的掃描電鏡照片，圖2是實(shí)施例3產(chǎn)品的掃描電鏡照片，圖3是實(shí)施例3產(chǎn)品的紅外吸收光譜圖，圖4是實(shí)施例I的熱重分析圖，圖5是實(shí)施例3的熱重 分析圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其步驟為
(1)將苯胺和氨基磺酸加入水中，氨基磺酸與苯胺單體的摩爾比為1: I ;
(2)在攪拌狀態(tài)下，將氧化劑加入到上述溶液中，在10 30°C下，反應(yīng)2小時(shí)，氧化劑與苯胺單體的摩爾比為0. 7 : I ；
(3)將反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性，將濾餅40°C下真空干燥，粉碎后得聚苯胺粉
體；
(4)將聚苯胺和水在攪拌下混合，充分浸潰分散，聚苯胺與水的質(zhì)量比為4 161000 ；
(5)將氧化劑加入到含有吡咯單體和氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，10 30°C下反應(yīng)O. 5小時(shí)，吡咯單體與PAn的質(zhì)量比為1:0. 2 O. 8，氨基磺酸與吡咯單體的摩爾比為0. 8 1，氧化劑與吡咯單體的摩爾比為0. 8 I ；
(6)將反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，粉碎后得聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。將得到的聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料壓成圓形薄片，用四探針電阻率測(cè)試儀測(cè)量薄片的電阻率，通過(guò)電阻率和電導(dǎo)率的倒數(shù)關(guān)系，得到聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的電導(dǎo)率。下面通過(guò)5個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例I
首先，將O. 0105moL苯胺、O. 0103moL氨基磺酸加入50mL水中在攪拌下混合；其次將
O.0063moL過(guò)硫酸銨滴加如上述混合液中，室溫反應(yīng)2小時(shí)；再次，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，經(jīng)粉碎得墨綠色聚苯胺導(dǎo)電粉末，壓片測(cè)電導(dǎo)率為 O. 07S.cm-l。實(shí)施例2
首先，將O. 2064g聚苯胺和50mL水?dāng)嚢柘禄旌?，充分浸潰分散；其次，將O. 0149mol三氯化鐵加入到含有O. 0154mol吡咯單體和O. 0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，室溫反應(yīng)0.5小時(shí)；再次，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，經(jīng)粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電粉末，壓片測(cè)電導(dǎo)率為11.lis.cm-l。實(shí)施例3
首先，將O. 4128g聚苯胺和50mL水?dāng)嚢柘禄旌?，充分浸潰分散；其次，將O. 0149mol三氯化鐵加入到含有O. 0154mol吡咯單體和O. 0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，室溫反應(yīng)O. 5小時(shí)；再次，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，經(jīng)粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電粉末，壓片測(cè)電導(dǎo)率為12.50S*cm-l。實(shí)施例4 首先，將O. 6191g聚苯胺和50mL水?dāng)嚢柘禄旌希浞纸⒎稚?；其次，將O. 0149mol三氯化鐵加入到含有O. 0154mol吡咯單體和O. 0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，室溫反應(yīng)O. 5小時(shí)；再次，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，經(jīng)粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電粉末，壓片測(cè)電導(dǎo)率為9.09S*cm-lο實(shí)施例5
首先，將O. 8255g聚苯胺和50mL水?dāng)嚢柘禄旌希浞纸⒎稚?；其次，將O. 0149mol三氯化鐵加入到含有O. 0154mol吡咯單體和O. 0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，室溫反應(yīng)O. 5小時(shí)；再次，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，經(jīng)粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電粉末，壓片測(cè)電導(dǎo)率為6.25S*cm-l。如圖I、圖2所示，聚苯胺的微觀形貌也主要以球型為主，其粒徑較小大約在IOOnm左右，并且其間隙較大；聚苯胺@聚吡咯合材料微觀形貌也主要以球型為主，但其粒徑分布不均勻，大粒徑微球與小粒徑微球相間分布，并且其間隙較小，有利于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得聚苯胺@聚吡咯復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性。如圖3所示,在1540(^1為C=C伸縮振動(dòng)特征吸收峰，1460cm-1為C-C伸縮振動(dòng)吸收峰，1280,10300^1為=C-H的面內(nèi)振動(dòng)吸收峰，1140為N-C伸縮振動(dòng)吸收峰，895(^1為=C-H的面外振動(dòng)吸收峰，777CHT1處C-H面外彎曲振動(dòng)，聚苯胺在1565、1480 cm 1處醌環(huán)(N=Q=N)和苯環(huán)(N-B-N)的特征吸收峰并沒(méi)有出現(xiàn)。如圖4、圖5所示，聚苯胺的TG分析圖出現(xiàn)兩個(gè)失重區(qū)間，第一個(gè)失重區(qū)間為30^110. 88 °C,失重率約為10. 21 % ;第二個(gè)失重區(qū)間處于232. 78 800°C，失重率約為76. 22%;這兩個(gè)失重區(qū)間分別對(duì)應(yīng)吸附水的揮發(fā)和聚苯胺的分解。聚苯胺O聚吡咯復(fù)合材料的TG分析圖與聚苯胺有所不同，聚苯胺@聚吡咯的TG分析圖出現(xiàn)三個(gè)失重區(qū)間，第一個(gè)失重區(qū)間為30-135. 05°C，失重率約為10. 43% ;第二個(gè)失重區(qū)間處于281. 12 409. 06°C，失重率約為9. 72% ;第三個(gè)失重區(qū)間為660. 68-800°C，失重率約為20. 85%。這三個(gè)失重區(qū)間分別對(duì)應(yīng)吸附水的揮發(fā)、聚苯胺聚吡咯的分解、聚苯胺的分解。聚苯胺@聚吡咯復(fù)合材料自身的分解溫度較聚苯胺有所提高，并且最終失重率小于聚苯胺，所以聚苯胺@聚吡咯復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性有明顯的提高。
權(quán)利要求
1.聚苯胺O聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其步驟為 (1)將苯胺和氨基磺酸加入水中，氨基磺酸與苯胺單體的摩爾比為1: I ; (2)在攪拌狀態(tài)下，將氧化劑加入到上述溶液中，在10 30°C下，反應(yīng)2小時(shí)，氧化劑與苯胺單體的摩爾比為0. 7 : I ； (3)將反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性，將濾餅40°C下真空干燥，粉碎后得聚苯胺粉體； (4)將聚苯胺和水在攪拌下混合，充分浸潰分散，聚苯胺與水的質(zhì)量比為4 161000 ； (5)將氧化劑加入到含有吡咯單體和氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，10 30°C下反應(yīng)O. 5小時(shí)，吡咯單體與PAn的質(zhì)量比為1:0. 2 O. 8，氨基磺酸與吡咯單體的摩爾比為0. 8 1，氧化劑與吡咯單體的摩爾比為0. 8 I ； (6)將反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后，將濾餅40°C下真空干燥，粉碎后得聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚苯胺O聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于氧化劑為過(guò)硫酸銨，或者氯化銅，或者硫酸鐵，或者三氯化鐵。
全文摘要
聚苯胺@聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，首先采用化學(xué)氧化法合成PAn，經(jīng)抽濾清洗、干燥后得到PAn墨綠色粉末；然后采用原位聚合法，將一定量聚苯胺與一定量的水混合，再分別加入摻雜劑氨基磺酸和吡咯單體，將混合液攪拌均勻后，加入氧化劑三氯化鐵；然后將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌至濾液呈中性；最后將濾餅干燥，經(jīng)粉碎得聚苯胺@聚吡咯黑色導(dǎo)電粉末。
文檔編號(hào)C08G73/02GK102964831SQ20121046411
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者馮輝霞, 王濱, 張建強(qiáng), 劉生麗, 魯華濤, 陳娜麗 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)