CN101225178A - 原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法 - Google Patents

原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法，属于导电膜材料技术。该方法过程包括：在20～25℃下，向十二烷基苯磺酸钠溶液中加入柠檬酸、樟脑磺酸或盐酸调节pH值后再加入苯胺，混匀后加入聚砜膜；在20～25℃下搅拌4～6小时，然后在0～5℃下继续搅拌2小时；再向其中加入一定量过硫酸铵溶液，搅拌数分钟后在0～5℃下完成反应，制得的聚苯胺导电复合膜经过去离子水洗去吸附的杂质，再经过无水甲醇、盐酸清洗，最后用去离子水洗净，既得到成品聚苯胺导电复合膜。本发明方法简单，易于操作，制得的聚苯胺导电复合膜电导率范围：7.21×10－4S/cm～0.286S/cm。

Description

原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法
技术领域
本发明涉及一种原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法，属于导电膜材料技术。
背景技术
聚苯胺(PANI)原料易得，结构多样化，具有优异的物理化学性能，制成导电膜能适用于电磁屏蔽、静电分散、电至变色、pH敏感元件和防腐等多种场合。但是聚苯胺综合力学性能差、不溶于一般有机溶剂，难以采用传统成型方法加工，这些都严重妨碍了其推广应用。为使其易于加工成膜，人们做了大量科研工作：经有机酸二次掺杂的聚苯胺可以溶解在与这些酸兼容的有机溶剂中，在一定程度上解决了聚苯胺的加工性问题，但在制备与涂膜过程中使用大量的有机酸和有机溶剂会导致严重的环境污染和增加治理环境的难度和成本(J.Dominis，Synth.Met.2002，129，165)；对苯胺单体进行改性制备可溶的聚苯胺衍生物及制备聚苯胺的嵌段、接枝共聚物也能改善其溶解性以便于加工，但是往往牺牲了良好的导电性能，难于应用于聚苯胺导电膜材料(X.G.Li.Chem Rev，2002，102，2925)；将聚苯胺和易加工成型的聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)等共混虽可在一定程度上提高可加工性，但随着聚苯胺含量的增加，共混物的成膜性变差，难于有实际应用，而且由于大部分聚苯胺都在基体内部，导电性能较纯聚苯胺有所下降(M.R.Vallim.J Appl.Polym.Sci.2000，75：677)。有鉴于此，本领域迫切需要一种简单、实用且所得聚苯胺材料具有良好加工成膜性的制备方法。
原位聚合法，指单体吸附在其他基材上，通过引发基体表面上的单体聚合，从而获得聚合物包覆基材表面的功能性复合材料的方法。该方法具有不需要特殊设备、操作简单、膜厚可控等优点，尤其对找不到合适溶剂的导电聚合物具有优势：既改善了聚苯胺的加工性，又易工业化；既赋予了绝缘基质电学和光学性能，还保持了基质的完整结构。聚砜(PS)，具有良好的化学稳定性、机械性能、耐热、耐酸碱性能等特点，正是聚苯胺导电复合膜的良好基材。有鉴于此，我们将聚苯胺和聚砜结合起来应用原位聚合法开发新的聚苯胺导电复合膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法。该发明方法过程简单，易于操作，成本低，制得的聚苯胺导电复合膜具有良好的导电性能，聚苯胺以堆叠纳米线形式紧密复合在基膜表面上，故而能保持聚砜良好的机械性能。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法。其特征在于包括以下过程：
1)在温度20～25℃下，将浓度0.005～0.025M的十二烷基苯磺酸钠溶液，用柠檬酸、樟脑磺酸或盐酸调节pH值为2～3，然后将溶液置于玻璃瓶中，再加入苯胺，制成含苯胺0.03M～0.1M的溶液；
2)将聚砜膜移入步骤1)制得的苯胺溶液中，在100rpm下搅拌4～6小时，之后在0～5℃下继续搅拌2小时；向苯胺溶液中加入过硫酸铵，过硫酸铵的浓度为0.03M～0.1M且与苯胺的摩尔浓度相等，继续搅拌1～10分钟，然后在0～5℃温度下反应2～24小时；
3)将步骤2)中制得的聚苯胺导电复合膜，采用去离子水洗去表面吸附的杂质后，再经过无水甲醇清洗，质量浓度36％的盐酸清洗，最后用去离子水洗净得到成品聚苯胺复合导电复合膜。
本发明方法简单，易于操作，成本低，重复性好，制得的聚苯胺导电复合膜表面聚苯胺均匀分布，电导率范围为7.21×10-4S/cm～0.286S/cm。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的聚苯胺导电复合膜表面结构的20000倍电镜照片。
具体实施方式
实施例1
在温度为25℃时称取0.35g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，置于200mL的去离子水中并用柠檬酸调节pH到2.3，再量取1.7mL苯胺，加入到上述溶液中，以100rpm搅拌溶解，加入16×8cm2的聚砜膜，搅拌4小时，之后在5℃下继续搅拌2小时。再称取4.25g过硫酸铵，溶于少量去离子水中，将其加入到上述置有聚砜膜的溶液中，搅拌10分钟，再在0～5℃温度下反应24小时。反应完成后取出聚苯胺导电复合膜，经无水甲醇，质量浓度36％的盐酸和去离子水洗净清洗后，制得成品聚苯胺导电复合膜。该聚苯胺导电复合膜表面的电镜照片如附图1所示。采用二电极法对所制得的聚苯胺导电复合膜进行测试，测得电导率为：0.041S/cm。
实施例2
在温度为25℃时称取0.35g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，置于200mL的去离子水中并用柠檬酸调节pH到2.3，再量取1.7mL苯胺，加入到上述溶液中，以100rpm搅拌溶解，加入16×8cm2的聚砜膜，搅拌4小时，之后在5℃下继续搅拌2小时。再称取4.25g过硫酸铵，溶于少量去离子水中，将其加入到上述置有聚砜膜的溶液中，搅拌10分钟，再在0～5℃温度下反应2.5小时。反应完成后取出聚苯胺导电复合膜，经无水甲醇，质量浓度36％的盐酸和去离子水洗净清洗后，制得成品聚苯胺导电复合膜。采用二电极法对所制得的聚苯胺导电复合膜进行测试，测得电导率为：0.013S/cm。
实施例3
在温度为25℃时称取0.35g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，置于200mL的去离子水中并用樟脑磺酸调节pH到2.3，再量取1.7mL苯胺，加入到上述溶液中，以100rpm搅拌溶解，加入16×8cm2的聚砜膜，搅拌4小时，之后在5℃下继续搅拌2小时。再称取4.25g过硫酸铵，溶于少量去离子水中，将其加入到上述置有聚砜膜的溶液中，搅拌10分钟，再在0～5℃温度下反应24小时。反应完成后取出聚苯胺导电复合膜，经无水甲醇，质量浓度36％的盐酸和去离子水洗净清洗后，制得成品聚苯胺导电复合膜。采用二电极法对所制得的聚苯胺导电复合膜进行测试，测得电导率为：7.21×10-4S/cm。
实施例4
在温度为25℃时称取0.35g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，置于200mL的去离子水中并用盐酸调节pH到2.3，再量取1.7mL苯胺，加入到上述溶液中，以100rpm搅拌溶解，加入16×8cm2的聚砜膜，搅拌4小时，之后在5℃下继续搅拌2小时。再称取4.25g过硫酸铵，溶于少量去离子水中，将其加入到上述置有聚砜膜的溶液中，搅拌10分钟，再在0～5℃温度下反应24小时。反应完成后取出聚苯胺导电复合膜，经无水甲醇，质量浓度36％的盐酸和去离子水洗净清洗后，制得成品聚苯胺导电复合膜。采用二电极法对所制得的聚苯胺导电复合膜进行测试，测得电导率为：7.47×10-4S/cm。
实施例5
在温度为25℃时称取0.12g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，置于200mL的去离子水中并用柠檬酸调节pH到2.3，再量取0.3mL苯胺，加入到上述溶液中，以100rpm搅拌溶解，加入16×8cm2的聚砜膜，搅拌4小时，之后在5℃下继续搅拌2小时。再称取1.43g过硫酸铵，溶于少量去离子水中，将其加入到上述置有聚砜膜的溶液中，搅拌10分钟，再在0～5℃温度下反应24小时。反应完成后取出聚苯胺导电复合膜，经无水甲醇，质量浓度36％的盐酸和去离子水洗净清洗后，制得成品聚苯胺导电复合膜。采用二电极法对所制得的聚苯胺导电复合膜进行测试，测得电导率为：0.069S/cm。
实施例6
在温度为25℃时称取0.23g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，置于200mL的去离子水中并用柠檬酸调节pH到2.3，再量取0.6mL苯胺，加入到上述溶液中，以100rpm搅拌溶解，加入16×8cm2的聚砜膜，搅拌4小时，之后在5℃下继续搅拌2小时。再称取2.85g过硫酸铵，溶于少量去离子水中，将其加入到上述置有聚砜膜的溶液中，搅拌10分钟，再在0～5℃温度下反应24小时。反应完成后取出聚苯胺导电复合膜，经无水甲醇，质量浓度36％的盐酸和去离子水洗净清洗后，制得成品聚苯胺导电复合膜。采用二电极法对所制得的聚苯胺导电复合膜进行测试，测得电导率为：0.286S/cm。

Claims (1)

1.一种原位聚合制备聚苯胺导电复合膜的方法，其特征在于包括以下过程：
1)在温度20～25℃下，将浓度0.005～0.025M的十二烷基苯磺酸钠溶液，用柠檬酸、樟脑磺酸或盐酸调节pH值为2～3，然后将溶液置于玻璃瓶中，再加入苯胺，制成含苯胺0.03M～0.1M的溶液；
2)将聚砜膜移入步骤1)制得的苯胺溶液中，在100rpm下搅拌4～6小时，之后在0～5℃下继续搅拌2小时；向苯胺溶液中加入过硫酸铵，过硫酸铵的浓度为0.03M～0.1M且与苯胺的摩尔浓度相等，继续搅拌1～10分钟，然后在0～5℃温度下反应2～24小时；
3)将步骤2)中制得的聚苯胺导电复合膜，采用去离子水洗去表面吸附的杂质后，再经过无水甲醇清洗，质量浓度36％的盐酸清洗，最后用去离子水洗净得到成品聚苯胺复合导电复合膜。
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