CN106700547B - 一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯胺‑聚多巴胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将过硫酸铵溶解于去离子水或酸性溶液中，得到过硫酸铵溶液；(2)将多巴胺加入到酸性溶液中，后逐滴加入苯胺单体并搅拌，得到混合酸性溶液；(3)将步骤(1)所得的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到步骤(2)所得的混合酸性溶液中，在空气条件下搅拌反应，反应完成后得到聚苯胺‑聚多巴胺混合溶液；(4)将步骤(3)所得的聚苯胺‑聚多巴胺混合溶液进行离心洗涤，然后烘干得到所述聚苯胺‑聚多巴胺复合材料。本发明所制备得到的聚苯胺‑聚多巴胺复合材料将在生物医用材料及电极材料表面修饰等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法。
背景技术
导电高分子(ICP)是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学掺杂使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。其特点是可以通过控制制备条件，使其在室温下的电导率在绝缘体-半导体-金属态范围内变化(10-9S/cm～105S/cm)。这种性质是迄今为止发现的任何其它类材料都无法实现的。目前研究较多的导电高分子有聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。其中，聚苯胺因其合成简单、良好的空气稳定性、优异的电学性能等优点被广泛应用。但是通常合成的聚苯胺材料均具有可加工性差，不溶不熔等缺点，这些缺点极大的限制了它的进一步应用。
聚苯胺和其他材料的复合在很大程度上可以改善单纯聚苯胺的一些缺陷，同时赋予这个复合材料一些新的性能。然而现有的一些聚苯胺复合材料的制备工艺存在制备过程复杂，产物聚合度低，导电性差等一系列技术缺陷。单纯的聚多巴胺虽具备良好的生物相容性，生物活性，良好的基底附着效果，使其在生物医用等领域具备广泛的应用前景。但是其本身具有导电性较差，在强极性有机溶剂中的稳定性较差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将过硫酸铵溶解于去离子水或酸性溶液中，得到浓度为0.04～0.4M的过硫酸铵溶液，上述酸性溶液的浓度为0.1～1.0M；
(2)将多巴胺加入到与步骤(1)中相同的酸性溶液中，后逐滴加入苯胺单体并搅拌25～35min，得到混合酸性溶液，其中多巴胺的浓度为0.01～0.2M，苯胺的浓度为0.05～0.4M；
(3)将步骤(1)所得的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到步骤(2)所得的混合酸性溶液中，在空气条件下以500～1500rpm的速度搅拌反应18～24h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；
(4)将步骤(3)所得的聚苯胺-聚多巴胺混合溶液于12000～16000rpm进行离心洗涤，离心洗涤所用的洗涤剂为去离子水或乙醇，然后烘干得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。
在本发明的一个优选实施方案中，所述酸性溶液中的酸为盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸或对甲苯磺酸。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)中的搅拌的时间为30min。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中的搅拌为机械搅拌或磁力搅拌。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中的离心洗涤的次数为3～5次。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中的烘干温度为55～65℃。
本发明的有益效果：
1、本发明所制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料将在生物医用材料及电极材料表面修饰等领域具有广泛的应用前景。
2、本发明采用一步化学聚合法直接在溶液中同时聚合苯胺和多巴胺，得到聚苯胺-聚多巴胺复合纳米材料。在制备过程中可以通过调节苯胺和多巴胺的比例来得到不同性能的复合材料，此复合材料兼具了聚苯胺的易合成、高化学稳定性、导电性及多巴胺的生物相容性、生物活性、可进一步进行表面修饰等优点。
3、本发明制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料较纯聚苯胺而言具有更高的导电性，更好的生物相容性，更好的溶液稳定性及经多巴胺修饰其粒径显著减小。同时制备得到的聚苯胺-聚多巴胺溶液可以直接滴涂成膜，其膜层与基底具有良好的粘附力，可用于各种固体的表面修饰。
4、由于本发明制得的复合材料中聚多巴胺的功能性基团(氨基，亚胺)的存在，其可被进一步进行表面修饰。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料的扫描电镜图，其右上角插入图片为纯聚苯胺的扫面电镜图。
图2为本发明实施例1制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料的红外图。
图3为本发明实施例3制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料的电导率图。
图4为本发明实施例5制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料的粒径随多巴胺含量的变化图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL硫酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；将0.05g的多巴胺入到5mL 0.5M的硫酸溶液中，后逐滴加入120μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到含有一定浓度的多巴胺及苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到上述混合酸性溶液中，在空气条件下以1000rpm的速度剧烈搅拌(磁力搅拌)18h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经12000r/min转速下用去离子水离心洗涤3次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料，所得聚苯胺-聚多巴胺复合材料的扫面电镜图如图1所示。从图1可以看到，相比于纯聚苯胺材料(图1右上角插图)，聚苯胺-聚多巴胺复合材料整体形貌依然呈纤维状，但是其表面相比于纯聚苯胺材料更粗糙，有一些明显的颗粒状物质存在。同时我们也对得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料进行了红外测试以分析其分子结构，如图2所示。图2中不仅出现了聚苯胺上官能团的吸收峰，同时也出现了聚多巴胺的一些官能团的特征吸收峰。上述结果说明聚多巴胺成功的修饰到聚苯胺材料上，形成了聚苯胺-聚多巴胺复合材料。
实施例2
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL硫酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；将0.15g的多巴胺入到5mL 0.5M的硫酸溶液中，后逐滴加入120μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到含有一定浓度的多巴胺及苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到上述混合酸性溶液中，在空气条件下以1500rpm的速度剧烈搅拌(机械搅拌或磁力搅拌)24h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经16000r/min转速下用去离子水离心洗涤3次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。通过材料在去离子水及PBS中的分散性测试，发现本实施例制得的聚苯胺-聚多巴胺复合材料呈现出极好的分散性和稳定性，经过静置48h之后未观察到材料粒子的沉降。而单纯的聚苯胺材料则很快出现粒子沉降现象，说明本实施例制得的聚苯胺-聚多巴胺复合材料的分散性得到明显提升。
实施例3
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL硫酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；将0.02g的多巴胺入到5mL 0.5M的硫酸溶液中，后逐滴加入120μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到含有一定浓度的多巴胺及苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到上述混合酸性溶液中，在空气条件下以1500rpm的速度剧烈搅拌(机械搅拌或磁力搅拌)18h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经12000r/min转速下用去离子水离心洗涤3次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。通过压片机将制备得到的复合材料压成片状后，再经四探针测试得到复合材料的电导率，如图3所示。从图中可以看到，相比于单纯聚苯胺材料，经多巴胺修饰之后的聚苯胺-聚多巴胺复合材料得到提升，呈现出更好的导电性，其电导率达到1.9S/cm。
实施例4
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL盐酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；将0.15g的多巴胺入到5mL 0.5M的盐酸溶液中，后逐滴加入150μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到含有一定浓度的多巴胺及苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到上述混合酸性溶液中，在空气条件下以1500rpm的速度剧烈搅拌(机械搅拌或磁力搅拌)18h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经14000r/min转速下用去离子水离心洗涤3次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。
实施例5
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL硫酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；分别将0.01g、0.02g、0.05g、0.1g、0.2g的多巴胺入到5mL 0.5M的硫酸溶液中，得到5组不同多巴胺浓度的实验组，后逐滴往各实验组分别加入182μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到5组含有不同多巴胺浓度的多巴胺-苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到不同多巴胺-苯胺混合溶液中，在空气条件下以1000rpm的速度剧烈搅拌(机械搅拌或磁力搅拌)18h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经16000r/min转速下用去离子水离心洗涤5次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。通过动态光散射测试得到各实验组材料的粒径，如图4所示。由图可见，随着体系多巴胺含量的增加，制备得到的聚苯胺-聚多巴胺复合材料的粒径呈减小趋势，说明通过多巴胺含量的调节可以显著降低聚苯胺-聚多巴胺复合材料的粒径。
实施例6
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL对甲苯磺酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；将0.15g的多巴胺入到5mL0.5M的对甲苯磺酸溶液中，后逐滴加入150μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到含有一定浓度的多巴胺及苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到上述混合酸性溶液中，在空气条件下以1500rpm的速度剧烈搅拌(机械搅拌或磁力搅拌)24h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经14000r/min转速下用去离子水离心洗涤3次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。
实施例7
将一定量的过硫酸铵溶解于5mL十二烷基苯磺酸溶液中，得到0.1M的过硫酸铵溶液；将0.15g的多巴胺入到5mL0.5M的十二烷基苯磺酸溶液中，后逐滴加入150μL苯胺单体并搅拌30min，最终得到含有一定浓度的多巴胺及苯胺的混合酸性溶液；再将配制好的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到上述混合酸性溶液中，在空气条件下以800rpm的速度剧烈搅拌(机械搅拌或磁力搅拌)24h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；之后将上述反应后的溶液在经14000r/min转速下用去离子水离心洗涤3次后，于60℃烘箱中烘干离心后的产物，得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案的技术参数在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：
一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将过硫酸铵溶解于去离子水或酸性溶液(优选的，酸性溶液中的酸为盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸或对甲苯磺酸)中，得到浓度为0.04～0.4M的过硫酸铵溶液，上述酸性溶液的浓度为0.1～1.0M；
(2)将多巴胺加入到与步骤(1)中相同的酸性溶液中，后逐滴加入苯胺单体并搅拌25～35min，得到混合酸性溶液，其中多巴胺的浓度为0.01～0.2M，苯胺的浓度为0.05～0.4M；
(3)将步骤(1)所得的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到步骤(2)所得的混合酸性溶液中，在空气条件下以500～1500rpm的速度搅拌反应18～24h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；
(4)将步骤(3)所得的聚苯胺-聚多巴胺混合溶液于12000～16000rpm进行离心洗涤，离心洗涤所用的洗涤剂为去离子水或乙醇，然后烘干得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料，优选的，离心洗涤的次数为3～5次，烘干温度为55～65℃。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种聚苯胺-聚多巴胺复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将过硫酸铵溶解于去离子水或酸性溶液中，得到浓度为0.04～0.4M的过硫酸铵溶液，上述酸性溶液的浓度为0.1～1.0M；
(2)将多巴胺加入到与步骤(1)中相同的酸性溶液中，后逐滴加入苯胺单体并搅拌25～35min，得到混合酸性溶液，其中多巴胺的浓度为0.01～0.2M，苯胺的浓度为0.05～0.4M；
(3)将步骤(1)所得的过硫酸铵溶液按1∶1的体积比加入到步骤(2)所得的混合酸性溶液中，在空气条件下以500～1500rpm的速度搅拌反应18～24h，反应完成后得到聚苯胺-聚多巴胺混合溶液；
(4)将步骤(3)所得的聚苯胺-聚多巴胺混合溶液于12000～16000rpm进行离心洗涤，离心洗涤所用的洗涤剂为去离子水或乙醇，然后烘干得到所述聚苯胺-聚多巴胺复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述酸性溶液中的酸为盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸或对甲苯磺酸。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的搅拌的时间为30min。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的搅拌为机械搅拌或磁力搅拌。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的离心洗涤的次数为3～5次。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的烘干温度为55～65℃。
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