CN101560327A - 一种聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法 - Google Patents

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马玉亮
林新志
郭万涛
王兵
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Abstract

一种聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法是将100～300毫升、浓度为75％～90％的甲酸溶液倒入反应装置中，加入5～8克尼龙66，机械搅拌4～5h，至尼龙66全部溶解为止；将经过二次减压蒸馏所得的分析纯苯胺单体3～5毫升加入上述溶解物中，在一定条件下机械搅拌15min；将过硫酸铵2.5～7.5克缓慢加入，摩尔比控制在1∶1，在一定条件下机械搅拌4～8小时；将得到的墨绿色混合液倒入成型装置中，在40～70℃烘箱中烘干12～48小时，干燥后即得聚苯胺/尼龙66导电复合材料。本发明的制备方法工艺简单、低成本且具有高导电性。

Description

一种聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及到一种聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法。
背景技术
高分子导电材料因其特殊的功能引起了世界各国的广泛重视，在诸多的导电聚合物中，聚苯胺(PANI)因其原料廉价易得、制备简单方便、优异的电化学性能及化学稳定性，被认为是最有希望在实际中得到应用的导电聚合物。但是，聚苯胺综合力学性能差、难溶于一般的有机溶剂、流变性能不良和耐热性差等缺点使其难于采用传统成型加工方法进行加工，这就严重妨碍了其在各个领域的大规模推广应用，如何改进聚苯胺的加工性能是促进聚苯胺实用化的关键。
通过溶液共混改性技术将聚苯胺和其它高聚物复合，利用其它高聚物基材优异的机械物理性能，可以获得具有多种功能性的复合材料。这种复合材料克服了聚苯胺加工性差的缺点，大大拓展了聚苯胺的应用领域。但传统的溶液共混法需要先前期制备好聚苯胺，然后再选用溶剂将其和高聚物复合，或者聚苯胺的掺杂和共混分步进行。这不但复合工艺复杂，而且聚苯胺在高聚物基体中的分散也难以达到较好的效果，对复合产物的导电性有较大影响。
尼龙66是聚酰胺类的聚合物，具有优良的物理机械性能，如强度高，刚性好、抗冲击、耐磨等，而且原料易得，成本低，是一种广泛应用到工业、服装、装饰、工程塑料等各种领域的材料。但聚苯胺/聚酰胺类复合材料的专利报道较少，目前仅有利用干/湿法纺丝技术制备导电纤维的报道，如专利CN1316554报道的聚苯胺/聚酰胺导电纤维的制备，专利CN1261929报道的防静电纤维及其制备方法。这种方法不但工艺复杂，对设备要求高，而且电导率普遍偏低，应用领域受到了限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单、低成本且具有高导电性。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
所述的聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法主要包含四个步骤，各步骤分述如下：
I.将100～300毫升、浓度为75％～90％的甲酸溶液倒入反应装置中，加入5～8克尼龙66，机械搅拌4～5h，至尼龙66全部溶解为止；
II.将经过二次减压蒸馏所得的分析纯苯胺单体3～5毫升加入上述溶解物中，在一定条件下机械搅拌15min；
III.将过硫酸铵2.5～7.5克缓慢加入到步骤(II)中，过硫酸铵和步骤(II)中苯胺的摩尔比控制在1∶1，在一定条件下机械搅拌4～8小时；
IV.将步骤(III)得到的墨绿色混合液倒入成型装置中，在40～70℃烘箱中烘干12～48小时，干燥后即得聚苯胺/尼龙66导电复合材料。
所述的聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法，其一定条件是指冰水浴、通过饱和食盐水温度为-5～-25℃的冰盐浴、液氮、常温中的任一种。
由于采取如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
本发明的制备方法简单而高效，所得到的复合材料具有较高的导电性和良好的力学性能，为改善聚苯胺的加工性提供了一个良好的途径。
具体实施方式
实施例1
I.将100毫升纯甲酸溶液倒入250ml的三口烧瓶中，加入7克尼龙66，机械搅拌5小时，至尼龙66全部溶解。
II.将经二次减压蒸馏的分析纯苯胺单体3毫升加入，在不断搅拌的条件下，冰盐浴(-15℃)预冷15分钟。
III.将过硫酸铵7.5g缓慢加到三口烧瓶中，冰盐浴机械搅拌反应6小时。
IV.将步骤(III)得到的墨绿色混合液倒入蒸发皿中，在60℃烘箱中烘干24小时，干燥后即得PANI/PA66复合膜材料。
实施例1的测试结果如下：
  电导率(S/cm)   拉伸强度(MPa)   断裂伸长率(％)
  2.08   8.80   5.91
实施例2
I.将120毫升纯甲酸溶液倒入250ml的三口烧瓶中，加入8克尼龙66，机械搅拌5小时，至尼龙66全部溶解。
II.将一定量的经二次减压蒸馏的分析纯苯胺单体2毫升加入，在不断搅拌的条件下，-20℃液氮氛围下预冷15分钟。
III.将过硫酸铵5g缓慢加到三口烧瓶中，-20℃液氮氛围下机械搅拌反应6小时。
IV.将步骤(III)得到的墨绿色混合液倒入蒸发皿中，在60℃烘箱中烘干24小时，干燥后即得PANI/PA66复合膜材料。
实施例2的测试结果如下：
  电导率(S/cm)   拉伸强度(MPa)   断裂伸长率(％)
  0.35   11.86   9.63
实施例3
I.将150毫升纯甲酸溶液倒入250ml的三口烧瓶中，加入9克尼龙66，机械搅拌5小时，至尼龙66全部溶解。
II.将一定量的经二次减压蒸馏的分析纯苯胺单体1毫升加入，在不断搅拌的条件下，冰水浴(0℃)预冷15分钟。
III.将过硫酸铵2.5g缓慢加到三口烧瓶中，冰水浴条件下机械搅拌反应6小时。
IV.将步骤(III)得到的墨绿色混合液倒入蒸发皿中，在60℃烘箱中烘干24小时，干燥后即得PANI/PA66复合膜材料。
实施例3的测试结果如下：
  电导率(S/cm)   拉伸强度(MPa)   断裂伸长率(％)
  0.10   21.50   12.80
综上所述，本发明选用浓度75％～90％的甲酸溶液同时作为苯胺的掺杂剂和复合反应的共溶剂，采用原位一步复合法复合，在提高了掺杂效率的同时大大简化了复合工艺。反应过程中苯胺的掺杂和复合在同一环境中同时发生。甲酸掺杂制备的聚苯胺具有较高的导电性，同时甲酸也是尼龙66的溶剂和苯胺的良溶剂，复合材料中，聚苯胺和尼龙66可以达到分子级的共混，共混效果的提高不仅有利于提高复合材料的物理机械性能，而且有利于导电互穿网络的形成，从而提高复合材料的导电性。
本发明选用0℃～-25℃的低温反应环境，低温环境可以适当地减缓反应剧烈程度，有利于生成规整的聚苯胺链，从而得到高导电性的复合产物。反应过程中，可以通过饱和食盐水的冰盐浴控制在0℃～15℃，也可以通过液氮等冷却装置控制在需要的温度范围。由于本发明反应体系选用的是高浓度的甲酸溶液，体系含水量低，因此在实验低温条件下，反应体系不会发生结冰现象。在实际操作过程中为了简化复合工艺也可选择常温的反应条件，但此时得到的复合产物的导电性较低。
反应结束后得到的复合产物可以直接浇铸成膜，烘干后即可得到聚苯胺/尼龙66复合膜材料。也可以根据需要浇铸成型为各种用途的型材。
本发明中复合材料的导电性可以通过反应温度和苯胺单体/尼龙66的投料比控制。随反应温度的降低，复合材料的导电性升高。随苯胺投料量的增加，复合材料的导电性提高。

Claims (2)

1、一种聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法，其特征在于：该制备方法主要包含四个步骤，各步骤分述如下：
I.将100～300毫升、浓度为75％～90％的甲酸溶液倒入反应装置中，加入5～8克尼龙66，机械搅拌4～5h，至尼龙66全部溶解为止；
II.将经过二次减压蒸馏所得的分析纯苯胺单体3～5毫升加入上述溶解物中，在一定条件下机械搅拌15min；
III.将过硫酸铵2.5～7.5克缓慢加入到步骤(II)中，过硫酸铵和步骤(II)中苯胺的摩尔比控制在1∶1，在一定条件下机械搅拌4～8小时；
IV.将步骤(III)得到的墨绿色混合液倒入成型装置中，在40～70℃烘箱中烘干12～48小时，干燥后即得聚苯胺/尼龙66导电复合材料。
2、如权利要求1所述的聚苯胺/尼龙66导电复合材料的制备方法，其特征在于：其一定条件是指冰水浴、通过饱和食盐水温度为-5～-25℃的冰盐浴、液氮、常温中的任一种。
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C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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