CN100365045C - 纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料 - Google Patents

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本发明涉及一种纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料，其以苯胺单体和硅藻土为原料、亚氯酸盐为氧化剂、无机酸水溶液为溶剂，经一步原位氧化聚合制得。所述的纤维状的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料不仅拥有纳米材料的小尺寸效应、表面与界面效应和量子尺寸效应，而且与现有聚苯胺/硅藻土导电复合材料(通过聚苯胺表面修饰硅藻土制得)相比，具有更好的热稳定性和导电性。

Description

纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料
技术领域
本发明涉及一种导电复合材料，具体地说，涉及一种聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料。
背最技术
硅藻土(化学成分主要是SiO2·nH2O)属非金属矿，其具有色浅、质轻、空隙度大、吸附性强、隔热、隔音、绝缘、熔点高、热稳定性好等特点，更重要的是价格低廉，因而广泛用于生产助滤剂、填料、吸附剂、磨料和载体等等。
填料是硅藻土的第二大用途。而作为填料，硅藻土的一个重要的应用是：用于天然橡胶、合成橡胶的补强填充剂，尤其是在无污染的浅色橡胶制品中，硅藻土可以替代补强的白炭黑，或部分替代白炭黑。尽管硅藻土作为填料有很多优点，但硅藻土是绝缘体。随着电子工业的不断发展，人们对具有抗静电性能的橡胶和塑料制品的需求量正日益增长，因此开发兼具补强以及导电性能的硅藻土填料将具有更加广阔的应用前景。
导电聚合物是近二、三十年发展起来的新型材料。由于导电聚合物具有一系列独特的物理化学性能，因此可广泛用于开发多种功能性的材料和器件。近年来，以导电聚合物为主体的功能性复合材料已受到化学和材料学界的广泛关注和研究，尤其是导电聚苯胺与许多无机材料的复合材料。尽管聚苯胺价格低廉、环境稳定性好，但导电聚苯胺是难溶、难熔的，这就极大地限制了它的应用。国内外许多学者的研究结果表明，通过有机酸的掺杂可以在一定程度上解决导电聚苯胺在一些常见有机溶剂中的溶解性问题，但是大量使用的有机溶剂带来了环境的污染。另一种解决导电聚苯胺可加工性的途径是通过原位氧化聚合直接制备导电聚苯胺和其它材料的复合材料。目前通过原位氧化聚合法制备的聚苯胺和其它无机材料的复合材料也是很多的，本发明人也曾通过聚苯胺对硅藻土的表面修饰制备了聚苯胺/硅藻土导电复合材料，但是所得到的导电硅藻土复合材料的形貌依然是硅藻土带有微孔的圆形或椭圆形的藻瓣。迄今为止，通过一步原位氧化聚合法制备纤维状的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的研究成果尚无公开报道。
发明内容
本发明目的在于，提供了一种通过一步原位氧化聚合法制备的纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料，填补现有技术中的空白。
本发明所述的纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料，其特征在于，所述的导电复合材料以苯胺单体和硅藻土为原料、亚氯酸盐为氧化剂、无机酸水溶液为溶剂，经一步原位氧化聚合制得；
其中：苯胺单体和硅藻土的重量比为1∶0.5～3.0，氧化剂与苯胺单体的摩尔比为1∶0.8～3.0。
本发明所述的纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料，其纤维直径小于100nm，导电率为0.01～5S/cm。
在本发明中，优选的溶剂为盐酸或硫酸；优选的氧化剂亚氯酸钠；推荐的原位氧化聚合时间为2～12小时。
附图说明
图1硅藻土的透射电镜图
图2纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的透射电镜图
具体实施方式
制备本发明所述的纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料包括如下步骤：
(1)将硅藻土研磨成300目的粒子，并在稀盐酸中超声清洗1～2小时，过滤后在50℃～100℃条件下干燥。
(2)将经步骤(1)处理过的硅藻土和盐酸或硫酸水溶液置于反应器中，再向反应器中加入一定量的苯胺单体(苯胺单体和硅藻土的重量比为1∶0.5～3.0)，经超声分散后加入亚氯酸盐(亚氯酸盐与苯胺单体的摩尔比为1∶0.8～3.0)，在搅拌条件下氧化聚合2～12小时，过滤、洗涤后在50℃条件下真空干燥24小时，得到目标物。
本发明所述的纤维状的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料不仅拥有纳米材料的小尺寸效应、表面与界面效应和量子尺寸效应，而且与现有聚苯胺/硅藻土导电复合材料(通过聚苯胺表面修饰硅藻土制得)相比，具有更好的热稳定性和导电性。
下面结合实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
取1.0g处理过的硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有1.2g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合5小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径大约为50～100nm，而电导率为1.5S/cm。
实施例2
取1.0g处理过的硅藻土和0.6g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有0.72g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合2小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径为50～100nm，而电导率为2.8×10-2S/cm。
实施例3
取1.0g处理过的硅藻土和3.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有3.6g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合5小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径大约为50～100nm，而电导率为3.6S/cm。
实施例4
取1.0g处理过的硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有0.8g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合5小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径大约为50～100nm，而电导率为0.6S/cm。
实施例5
取1.0g处理过的硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有2.9g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合5小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径大约为50～100nm，而电导率为1.2×10-1S/cm。
实施例6
取1.0g处理过的硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散2小时后加入20ml含有1.4g亚氯酸钾氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合3小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径为50～100nm，而电导率为7.2×10-2S/cm。
实施例7
取1.0g硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 2M HCl溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有1.2g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合12小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径大约为50～100nm，而电导率为1.1S/cm。
实施例8
取1.0g处理过的硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 1M H2SO4溶液的三口烧瓶中，超声分散1小时后加入20ml含有1.2g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合5小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径为50～100nm，而电导率为2.9×10-1S/cm。
实施例9
取1.0g硅藻土和1.0g蒸馏过的苯胺放入含有20ml 1M H2SO4溶液的三口烧瓶中，超声分散2小时后加入20ml含有1.2.g亚氯酸钠氧化剂的水溶液。在搅拌条件下室温氧化聚合5小时，过滤、洗涤后在50℃条件下干燥24小时，得到浅绿色的固体粉末。所制备的聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料的平均纤维直径为50～100nm，而电导率为8.1×10-1S/cm。

Claims (5)

1.一种纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料，其特征在于，所述的导电复合材料以苯胺单体和硅藻土为原料、亚氯酸盐为氧化剂、无机酸水溶液为溶剂，经一步原位氧化聚合制得；
其中：苯胺单体和硅藻土的重量比为1∶0.5～3.0；氧化剂与苯胺单体的摩尔比为1∶0.8～3.0。
2.如权利要求1所述的导电复合材料，其特征在于，其中所说的氧化剂为亚氯酸钠或亚氯酸钾。
3.如权利要求1所述的导电复合材料，其特征在于，其中原位氧化聚合反应时间为2～12小时。
4.如权利要求1～3所述任意一种导电复合材料，其特征在于，其中所说的无机酸为盐酸或硫酸。
5.如权利要求4所述的导电复合材料，其特征在于，其中所用的硅藻土经预处理，即：经研磨成300目的粒子，并在稀盐酸中超声清洗1～2小时，过滤后在50℃～100℃条件下干燥。
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