CN104046021A - 羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法 - Google Patents

羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法。采用羧基化氧化石墨烯作为酸性介质通过化学氧化法掺杂制备高导电聚苯胺，再将制备的高导电聚苯胺采用溶剂法混合其它导电填料，通过溶剂蒸发最终固化形成高导电复合材料。本发明方法的制备工艺简单，设备简单，所制备的导电复合材料密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，且成型方便，可制成各种导电型材，制备的导电复合材料的电导率高达90S/cm以上，已经超过大部分常用金属的电导率，接近于铜，能代替金属导电材料在许多特殊领域应用。

Description

羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法
技术领域
本发明属于功能高分子材料制备技术领域，特别涉及一种羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法。
背景技术
石墨烯具有高强度、优异的生物相容性、高导热、高导电、耐热耐化学稳定性等近年来倍受材料界的关注。常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。自发明导电聚乙炔材料来，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。
本发明提供采用羧基化氧化石墨烯作为酸性介质通过化学氧化法掺杂制备高导电的聚苯胺，得到具有高导电聚苯胺采用溶剂法混合其它导电填料，通过溶剂蒸发最终固化形成高导电高分子复合材料。本发明的这个思路未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法。
本发明的思路：采用羧基化氧化石墨烯作为酸性介质通过化学氧化法掺杂制备高导电聚苯胺，再将制备的高导电聚苯胺采用溶剂法混合其它导电填料，通过溶剂蒸发最终固化形成高导电复合材料。
具体步骤为：
(1)按照如下质量比称取原料，苯胺:羧基化氧化石墨烯:过氧化氢:过氧化苯甲酰:去离子水=2~20:1~10:0.1~0.5:0.1~0.5:70~95。
(2)依次在反应釜中加入步骤(1)称取的去离子水、羧基化氧化石墨烯和苯胺，开启搅拌，以500~5000赫兹的频率超声波振动分散1~5小时，然后在氮气保护下，加入步骤(1)称取的过氧化氢和过氧化苯甲酰，升温至60~100℃反应2~10小时，将得到的产物过滤，用盐酸洗涤5~6次，然后水洗至滤液基本无色为止，所得产物在60℃下，真空干燥48小时，得到黑色产物即为掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺。
(3)按照如下质量比称取原料，步骤(2)制得的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺:镀银短切聚酯纤维:炭黑:金属箔片:消泡剂:甲基吡咯烷酮=20~50:3~15:10~30:3~10:0.1~1:30~60。
(4)将步骤(3)称取的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺溶解于甲基吡咯烷酮中制得溶液，然后加入搅拌桶中，开启搅拌，搅拌速率为200~2000转/分钟，最后在溶液中依次加入步骤(3)称取的炭黑、镀银短切聚酯纤维、金属箔片和消泡剂，混合均匀后模具浇注，在50~100℃，抽真空，除去溶剂，即制得导电复合材料。
本发明方法具有以下优点：
(1)本发明方法的制备工艺简单，设备简单。
(2)本发明方法制备的导电复合材料密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，且成型方便，可制成各种导电型材。
(3)本发明方法制备的导电复合材料的电导率高达90S/cm以上，已经超过大部分常用金属的电导率，接近于铜，能代替金属导电材料在许多特殊领域应用。
具体实施方式
实施例1：
本实施例使用的主要原料为：苯胺（工业级）、羧基化氧化石墨烯（自制）、过氧化氢（工业级）、过氧化苯甲酰（工业级）、去离子水（工业级）、镀银短切聚酯纤维（工业级）、炭黑（工业级）、金属箔片（铜箔，工业级）、消泡剂（工业级）、甲基吡咯烷酮（工业级）。
具体步骤为：
(1)分别称取7千克苯胺、2千克羧基化氧化石墨烯、0.5千克过氧化氢、0.5千克过氧化苯甲酰和90千克去离子水。
(2)依次在反应釜中加入步骤(1)称取的去离子水、羧基化氧化石墨烯和苯胺，开启搅拌，以3000赫兹的频率超声波振动分散3小时，然后在氮气保护下，加入步骤(1)称取的过氧化氢和过氧化苯甲酰，升温至85℃反应5小时，将得到的产物过滤，用盐酸洗涤5次，然后水洗至滤液基本无色为止，所得产物在60℃下，真空干燥48小时，得到黑色产物即为掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺。
(3)分别称取3.5千克步骤(2)制得的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺、0.5千克镀银短切聚酯纤维、1千克炭黑、0.45千克金属箔片、0.05消泡剂和4.5千克甲基吡咯烷酮。
(4)将步骤(3)称取的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺溶解于甲基吡咯烷酮中制得溶液，然后加入搅拌桶中，开启搅拌，搅拌速率为1500转/分钟，最后在溶液中依次加入步骤(3)称取的炭黑、镀银短切聚酯纤维、金属箔片和消泡剂，混合均匀后模具浇注，在60℃，抽真空，除去溶剂，即制得导电复合材料。
对本实施例制得的导电复合材料进行电导率检测，其平均电导率为96S/cm，密度1.69g/cm3，质轻、导电性能优良。
实施例2：
本实施例使用的主要原料为：苯胺（工业级）、羧基化氧化石墨烯（自制）、过氧化氢（工业级）、过氧化苯甲酰（工业级）、去离子水（工业级）、镀银短切聚酯纤维（工业级）、炭黑（工业级）、金属箔片（铜箔，工业级）、消泡剂（工业级）、甲基吡咯烷酮（工业级）。
具体步骤为：
(1)分别称取6.5千克苯胺、1.5千克羧基化氧化石墨烯、0.3千克过氧化氢、0.3千克过氧化苯甲酰和91.4千克去离子水。
(2)依次在反应釜中加入步骤(1)称取的去离子水、羧基化氧化石墨烯和苯胺，开启搅拌，以3300赫兹的频率超声波振动分散2小时，然后在氮气保护下，加入步骤(1)称取的过氧化氢和过氧化苯甲酰，升温至75℃反应6小时，将得到的产物过滤，用盐酸洗涤5次，然后水洗至滤液基本无色为止，所得产物在60℃下，真空干燥48小时，得到黑色产物即为掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺。
(3)分别称取4.5千克步骤(2)制得的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺、0.6千克镀银短切聚酯纤维、0.9千克炭黑、0.47千克金属箔片、0.03消泡剂和3.5千克甲基吡咯烷酮。
(4)将步骤(3)称取的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺溶解于甲基吡咯烷酮中制得溶液，然后加入搅拌桶中，开启搅拌，搅拌速率为900转/分钟，最后在溶液中依次加入步骤(3)称取的炭黑、镀银短切聚酯纤维、金属箔片和消泡剂，混合均匀后模具浇注，在60℃，抽真空，除去溶剂，即制得导电复合材料。
对本实施例制得的导电复合材料进行电导率检测，其平均电导率为97S/cm，密度1.61g/cm3，质轻、导电性能优良。

Claims (1)

1.一种羧基化氧化石墨烯掺杂聚苯胺制备导电复合材料的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)按照如下质量比称取原料，苯胺:羧基化氧化石墨烯:过氧化氢:过氧化苯甲酰:去离子水=2~20:1~10:0.1~0.5:0.1~0.5:70~95；
(2)依次在反应釜中加入步骤(1)称取的去离子水、羧基化氧化石墨烯和苯胺，开启搅拌，以500~5000赫兹的频率超声波振动分散1~5小时，然后在氮气保护下，加入步骤(1)称取的过氧化氢和过氧化苯甲酰，升温至60~100℃反应2~10小时，将得到的产物过滤，用盐酸洗涤5~6次，然后水洗至滤液基本无色为止，所得产物在60℃下，真空干燥48小时，得到黑色产物即为掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺；
(3)按照如下质量比称取原料，步骤(2)制得的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺:镀银短切聚酯纤维:炭黑:金属箔片:消泡剂:甲基吡咯烷酮=20~50:3~15:10~30:3~10:0.1~1:30~60；
(4)将步骤(3)称取的掺杂羧基化氧化石墨烯聚苯胺溶解于甲基吡咯烷酮中制得溶液，然后加入搅拌桶中，开启搅拌，搅拌速率为200~2000转/分钟，最后在溶液中依次加入步骤(3)称取的炭黑、镀银短切聚酯纤维、金属箔片和消泡剂，混合均匀后模具浇注，在50~100℃，抽真空，除去溶剂，即制得导电复合材料。
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Assignee: Guilin Xiuxiu Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

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Denomination of invention: Preparation of conductive composites by carboxylated graphene oxide doped polyaniline

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Record date: 20221117

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