CN102964831A

CN102964831A - 聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN102964831A
Application number: CN2012104641157A
Authority: CN
Inventors: 冯辉霞; 王滨; 张建强; 刘生丽; 鲁华涛; 陈娜丽
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-03-13

Abstract

聚苯胺聚吡咯导电复合材料的制备方法，首先采用化学氧化法合成PAn，经抽滤清洗、干燥后得到PAn墨绿色粉末；然后采用原位聚合法，将一定量聚苯胺与一定量的水混合，再分别加入掺杂剂氨基磺酸和吡咯单体，将混合液搅拌均匀后，加入氧化剂三氯化铁；然后将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后将滤饼干燥，经粉碎得聚苯胺聚吡咯黑色导电粉末。

Description

聚苯胺@聚吡咯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。

背景技术

[0002] 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π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，由于聚吡咯成本较昂贵、不溶不熔且加工性能较差，限制了其在实际中的广泛应用。因此，合成性能优良、成本低的纳米导电复合材料更具有实际应用价值。与吡咯相比苯胺更廉价易得，将苯胺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成本较昂贵的问题，另一方面复合材料的热稳定性和机械延展性较纯聚吡咯均得到提高，而且还可获得其它的功能特性。

中国专利Zl201010560890.3报到了一种导电聚苯胺聚吡咯复合膜的制备方法，该专利采用电化学方法的界面聚合法，将苯胺单体和吡咯单体溶于有机溶剂中，将支持电解质溶于水中，从而产生了有机相和水相的液液界面，然后将工作电极插到此液液界面，将辅助电极和参比电极放于支持电解质溶液中，由电化学引发聚合，得到共聚物聚苯胺聚吡咯复合膜。但该专利存在以下明显缺点：

（1）采用电化学方法制备聚合物，由于实验条件苛刻，仅适用于实验研究而不适用于工业生产，并且该方法会进一步增加产品成本；

（2）由于该专利中采用了大量的有机溶剂，反应后会产生大量的有机废液，因此会造成严重的环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的制备方法。

本发明是聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的制备方法，其步骤为：

（1）将苯胺和氨基磺酸加入水中，氨基磺酸与苯胺单体的摩尔比为：1︰1；

（2）在搅拌状态下，将氧化剂加入到上述溶液中，在10～30℃下，反应2小时，氧化剂与苯胺单体的摩尔比为：0.7︰1；

（3）将反应液经过滤、洗涤至滤液呈中性，将滤饼40℃下真空干燥，粉碎后得聚苯胺粉体；

（4）将聚苯胺和水在搅拌下混合，充分浸渍分散，聚苯胺与水的质量比为：4～16︰1000；

(5)将氧化剂加入到含有吡咯单体和氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮气保护下，10～30℃下反应0.5小时，吡咯单体与PAn的质量比为：1:0.2～0.8，氨基磺酸与吡咯单体的摩尔比为：0.8︰1，氧化剂与吡咯单体的摩尔比为：0.8︰1；

（6）将反应液经过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃下真空干燥，粉碎后得聚苯胺@聚吡咯导电复合材料。

本发明的有益之处是：合成工艺条件温和，工艺流程简单，合成时间较短；产品的电导率稳定性好；产品成本较低；合成的聚苯胺@聚吡咯导电复合材料电导率较高，可用于传感器、生物医学、电子器件等领域。

附图说明

图1是实施例1产品的扫描电镜照片，图2是实施例3产品的扫描电镜照片，图3是实施例3产品的红外吸收光谱图，图4是实施例1的热重分析图，图5是实施例3的热重分析图。

具体实施方式

将得到的聚苯胺@聚吡咯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，得到聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的电导率。

下面通过5个实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

首先，将0.0105moL苯胺、0.0103moL氨基磺酸加入50mL水中在搅拌下混合；其次将0.0063moL过硫酸铵滴加如上述混合液中，室温反应2小时；再次，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃下真空干燥，经粉碎得墨绿色聚苯胺导电粉末，压片测电导率为0.07S•cm-1。

实施例2

首先，将0.2064g聚苯胺和50mL水搅拌下混合，充分浸渍分散；其次，将0.0149mol三氯化铁加入到含有0.0154mol吡咯单体和0.0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮气保护下，室温反应0.5小时；再次，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃下真空干燥，经粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯导电粉末，压片测电导率为11.11S•cm-1。

实施例3

首先，将0.4128g聚苯胺和50mL水搅拌下混合，充分浸渍分散；其次，将0.0149mol三氯化铁加入到含有0.0154mol吡咯单体和0.0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮气保护下，室温反应0.5小时；再次，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃下真空干燥，经粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯导电粉末，压片测电导率为12.50S•cm-1。

实施例4

首先，将0.6191g聚苯胺和50mL水搅拌下混合，充分浸渍分散；其次，将0.0149mol三氯化铁加入到含有0.0154mol吡咯单体和0.0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮气保护下，室温反应0.5小时；再次，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃下真空干燥，经粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯导电粉末，压片测电导率为9.09S•cm-1。

实施例5

首先，将0.8255g聚苯胺和50mL水搅拌下混合，充分浸渍分散；其次，将0.0149mol三氯化铁加入到含有0.0154mol吡咯单体和0.0084mol氨基磺酸，以及上述聚苯胺分散液的混合液中，在氮气保护下，室温反应0.5小时；再次，将反应液过滤、洗涤至滤液呈中性；最后，将滤饼40℃下真空干燥，经粉碎得黑色聚苯胺@聚吡咯导电粉末，压片测电导率为6.25S•cm-1。

如图1、图2所示，聚苯胺的微观形貌也主要以球型为主，其粒径较小大约在100nm左右，并且其间隙较大；聚苯胺@聚吡咯合材料微观形貌也主要以球型为主，但其粒径分布不均匀，大粒径微球与小粒径微球相间分布，并且其间隙较小，有利于形成导电网络，使得聚苯胺@聚吡咯复合材料具有良好的导电性。

如图3所示，在1540cm^-1为C=C伸缩振动特征吸收峰，1460cm^-1为C-C伸缩振动吸收峰，1280、1030cm^-1为=C-H的面内振动吸收峰，1140为N-C伸缩振动吸收峰，895cm^-1为=C-H的面外振动吸收峰，777cm^-1处C-H面外弯曲振动，聚苯胺在1565、1480 cm⁻¹处醌环（N=Q=N）和苯环（N-B-N）的特征吸收峰并没有出现。

如图4、图5所示，聚苯胺的TG分析图出现两个失重区间，第一个失重区间为30~110.88℃，失重率约为10.21％；第二个失重区间处于232.78~800℃，失重率约为76.22％；这两个失重区间分别对应吸附水的挥发和聚苯胺的分解。聚苯胺@聚吡咯复合材料的TG分析图与聚苯胺有所不同，聚苯胺@聚吡咯的TG分析图出现三个失重区间，第一个失重区间为30-135.05℃，失重率约为10.43％；第二个失重区间处于281.12~409.06℃，失重率约为9.72％；第三个失重区间为660.68-800℃，失重率约为20.85％。这三个失重区间分别对应吸附水的挥发、聚苯胺聚吡咯的分解、聚苯胺的分解。

聚苯胺@聚吡咯复合材料自身的分解温度较聚苯胺有所提高，并且最终失重率小于聚苯胺，所以聚苯胺@聚吡咯复合材料的热稳定性有明显的提高。

Claims

1.聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的制备方法，其步骤为：

2.根据权利要求1 所述的聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的制备方法，其特征在于氧化剂为过硫酸铵，或者氯化铜，或者硫酸铁，或者三氯化铁。