CN101838392A

CN101838392A - 聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN101838392A
Application number: CN201010046306A
Authority: CN
Inventors: 冯辉霞; 刘生丽; 张建强; 王毅; 鲁华涛; 邱建辉
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2010-09-22

Abstract

聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法，其步骤为：(1)将凹凸棒土和水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液，凹凸棒土与水的质量比为：0.7～17.5∶1000；(2)将氧化剂加入到含有吡咯单体和氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在10～40℃温度下进行反应，时间持续10分钟～6小时；其中凹凸棒土与吡咯单体的质量比为：0.5～12.7∶10，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.3～7∶1，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.5～1.2∶1。(3)将反应液经过滤、洗涤至滤液呈中性；(4)将滤饼40℃下真空干燥，粉碎后得导电复合材料。

Description

聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及导电复合材料的制备方法，特别是以氨基磺酸为掺杂剂的聚吡咯/凹凸棒土有机-无机纳米导电复合材料的制备方法。

背景技术

导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域，因其独特的性能而广泛应用在电化学、电极材料、光学、生物技术以及导电材料等方面。在众多导电聚合物中，聚吡咯由于具有典型的刚性共轭大

键结构而表现出良好的导电性、环境稳定性、光电性、热电性、并且具有电导率可调、易于制备和掺杂、可以方便的沉积在各种基片上、可与其它功能材料共聚和复合、可在常温或低温下使用等优点，广泛地应用在传感器、电子器件、生物医学等领域。聚吡咯具有良好的导电性能和良好的化学稳定性、光稳定性以及容易制备等优点。但是，由于聚吡咯不溶不熔、加工性能较差，限制了其在实际中的广泛应用。因此，将无机粒子加入到导电聚吡咯中制备复合材料，一方面解决了导电聚吡咯的加工及成型性问题，另一方面可将高分子自身的导电性与纳米颗粒的功能性聚于一体，提高导电聚吡咯的电导率，同时热稳定性和机械延展性也得到提高，而且还可获得其它的功能特性。

凹凸棒土是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的粘土矿。凹凸棒土理想化学式可表示为Mg₅Si₈O₂₀(OH₂)(OH₂)₄·4H₂O，其晶体呈棒状、纤维状，长为0.5μm～5μm、宽为0.05μm～0.15μm，层内贯穿孔道，具有较大的比表面积。

中国专利Z1200810243156.7报到了一种制备聚吡咯/凹凸棒土纳米导电复合材料的方法，该专利采用快速化学氧化原位聚合的方法，在一维纳米棒状凹凸棒土单晶表面包覆上导电高分子聚吡咯，得到聚吡咯/凹凸棒土纳米导电复合材料，但是该专利存在以下缺点：

(1)水与凹凸棒土的质量比为4～19∶1，浆料的浓度很高，凹凸棒土的用量大；(2)聚合所得的聚吡咯/凹凸棒土纳米导电复合材料电阻率较大，电导率较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法。

本发明是聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法，其步骤为：

(1)将凹凸棒土和水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液，凹凸棒土与水的质量比为：0.7～17.5∶1000；

(2)将氧化剂加入到含有吡咯单体和氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在10～40℃温度下进行反应，时间持续10分钟～6小时；其中凹凸棒土与吡咯单体的质量比为：0.5～12.7∶10，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.3～7∶1，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.5～1.2∶1。

(3)将反应液经过滤、洗涤至滤液呈中性；

(4)将滤饼40℃下真空干燥，粉碎后得导电复合材料。

本发明有益之处是合成时间短，合成工艺简单，合成的氨基磺酸掺杂的聚吡咯/凹凸棒土有机-无机纳米导电复合材料电导率较高，可用于传感器、生物医学、电子器件领域。

附图说明

图1为实施例5样品的扫描电镜图，图2为实施例5样品的聚吡咯/凹凸棒土复合材料的IR光谱图，图3为凹凸棒土的IR光谱图，图4为聚吡咯的IR光谱图。

具体实施方式

本发明的制备方法为：首先，将凹凸棒土和水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液，凹凸棒土与水的质量比为：0.7～17.5∶1000；然后，将氧化剂加入到含有吡咯单体和氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，使凹凸棒土与吡咯单体的质量比为：0.5～12.7∶10，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.3～7∶1，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.5～1.2∶1。在氮气保护下，在10～40℃下反应10min～6h，最后将反应液经过滤、洗涤至滤液呈中性，将滤饼40℃下真空干燥，粉碎，得到合成产品为聚吡咯/凹凸棒土的有机-无机纳米导电复合材料。使用的氧化剂为三氯化铁，或者过硫酸铵，或者过硫酸钾中。

将得到的聚吡咯/凹凸棒土有机-无机纳米导电复合材料压成圆形薄片，用四探针电阻率测试仪测量薄片的电阻率，通过电阻率和电导率的倒数关系，得到聚吡咯/凹凸棒土的有机-无机纳米导电复合材料的电导率。

下面通过8个更为具体的实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

首先，将0.0455g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为1.4 S·cm^-1。

实施例2

首先，将0.1023g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为1.3 S·cm^-1。

实施例3

首先，将0.1364g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为5.6 S·cm^-1。

实施例4

首先，将0.2203g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为6.5 S·cm^-1。

实施例5

首先，将0.4091g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为18.2S·cm^-1。

如图1所示，在一维纳米棒状凹凸棒土单晶表面包覆了导电高分子聚吡咯，并且形成棒形的网络搭接形态，使得到的聚吡咯/凹凸棒土纳米导电复合材料具有良好的导电性。

如图2所示，在1645.0cm^-1、1031.7cm^-1和964.2cm^-1处的吸收峰分别为矿物吸附水和层间水、(Mg，Al)-Si-O伸缩振动和Si-O-Si(Al)键的伸缩振动，与分别对应出现在1657.6 cm^-1、1030.5 cm^-1和983.4 cm^-1处的凹凸棒土的红外光谱图特征峰相近；

在1538.9 cm^-1、1448.3 cm^-1、1299.8 cm^-1、1164.8 cm^-1和775.3 cm^-1处的吸收峰分别为吡咯环的特征振动峰、C-C伸缩振动、聚吡咯骨架C-N伸缩振动、质子化过程引起的C-H平面内伸缩振动和C-H面外弯曲振动吸收峰，3430.8cm^-1的吸收峰为N-H伸缩振动；1645.0 cm^-1、1031.7 cm^-1和1164.8cm^-1处的吸收峰是磺酸基的特征吸收峰。889cm^-1处的吸收峰是掺杂态聚吡咯的特征吸收峰。

如图2、图3、图4所示，聚吡咯/凹凸棒土复合材料既表现出了聚吡咯的特征吸收峰，也表现出了凹凸棒土的特征峰。

实施例6

首先，将1.2273g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为4.2 S·cm^-1。

实施例7

首先，将0.2203g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续10分钟；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为1.9 S·cm^-1。

实施例8

首先，将0.4091g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol三氯化铁加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续20分钟；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为3.8S·cm^-1。

实施例9

首先，将0.4091g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol过硫酸铵加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；然后，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为2.2S·cm^-1。

实施例10

首先，将0.4091g凹凸棒土和70g水在搅拌下混合，充分浸渍做成浆液；其次，将0.014mol过硫酸钾加入到含有0.014mol吡咯单体和0.0070mol氨基磺酸，以及上述凹凸棒土浆液的混合液中，在氮气保护下，在室温下进行反应，时间持续6小时；再次，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼在40℃的温度下进行真空干燥，经粉碎得黑色聚吡咯/凹凸棒土导电粉末，压片测电导率为3.0S·cm^-1。

Claims

1.聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法，其步骤为：

(3)将反应液经过滤、洗涤至滤液呈中性；

(4)将滤饼40℃下真空干燥，粉碎后得导电复合材料。

2.根据权利要求1所述的聚吡咯/凹凸棒土导电复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)使用的氧化剂为三氯化铁，或者过硫酸铵，或者过硫酸钾。