CN112851936A - 一种聚苯胺空心球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯胺空心球的制备方法，属于特殊形状高分子材料制备领域，以解决目前制备方法反应时间长，需要低温环境，限制其产业化的问题。方法包括制备十四酸微乳液、制备过硫酸铵水溶液、制得聚苯胺空心球这几个步骤。本发明在传统的软模板法制备聚苯胺空心球的基础上，将模板替换为十四酸微乳液，以过硫酸铵为氧化剂，可制备出微米级的、具有空心结构的聚苯胺；在整个制备实验过程中，无需低于室温的实验环境，反应物于65℃‑90℃条件下反应、洗涤、干燥，用到的实验设备简单，过程便于控制，易于产业化；制备时长较传统方法能大大缩减，制备效率高。

Description

一种聚苯胺空心球的制备方法
技术领域
本发明属于特殊形状高分子材料制备领域，具体涉及一种聚苯胺空心球的制备方法。
背景技术
聚苯胺是一种价格低、性能稳定且导电性能良好的高分子材料，可被广泛地应用于军事、防腐、催化以及超级电容器等领域，有很高的应用价值。具有空心结构的聚苯胺由于具有高的比表面积以及可以作为微纳反应器，因而在电化学、药物输送、人工细胞和生物活性成分保护等领域受到广泛关注。
目前制备聚苯胺空心球的方法主要有硬模板法、软模板法。其中的软模板法，由于无需在后续制备过程中去除引入的硬模板，具有操作相对简单的优点多年来一直受到研究人员的青睐。
如：Wei和Wan合作、用不同比例的苯胺单体、β-萘磺酸和过硫酸铵在45℃混合之后，再于-10℃保持48小时制备了0.45-1.37微米的聚苯胺空心球[Adv.Mater.2002;14:1314-1317]。任冠桥等人用水杨酸作表面活性剂和掺杂剂，以过硫酸铵为氧化剂，于10℃的水浴中静置反应24小时得到了尺寸为2-5微米的聚苯胺空心球[内蒙古科技大学学报2008;4:337—345]。
然而，以上采用软模板法制备聚苯胺空心球的方法，均存在着反应温度较室温低、需要控制低温的反应环境，且反应时间长的特点，这就增加了该材料制作成本，制约了其产业化进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯胺空心球的制备方法，以解决目前制备方法反应时间长，需要低温环境的问题。
为了解决以上问题，本发明技术方案为：
一种聚苯胺空心球的制备方法，该方法为以下步骤：
步骤A、制备十四酸微乳液：
先将十四酸、阿拉伯树胶和水按照质量比为：0.2-1.0:0.1-0.6:30的比例混合，于65℃的水浴锅中搅拌2h制得十四酸微乳液；
步骤B、制备过硫酸铵水溶液：
取与第一步中同样质量的水，将过硫酸铵溶于水中，制备过硫酸铵水溶液；过硫酸铵的用量为下一步骤中苯胺质量的2.45倍；
步骤C、制得聚苯胺空心球：
按照十四酸：苯胺等于1:1-4的质量比，在步骤A中制得的十四酸微乳液中加入苯胺，搅拌30min后，滴加上述的过硫酸铵水溶液，随后于65℃-90℃的条件下反应3h；
对得到的反应物分别用水和乙醇洗涤三次后，放入烘箱中干燥；
最终制得的产物即为聚苯胺空心球。
进一步的，步骤A中十四酸、阿拉伯树胶和水的质量比为：0.2:0.1:30。
进一步的，步骤A中搅拌速率为1000-2000r/min。
进一步的，步骤C中搅拌速率为600r/min。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明在传统的软模板法制备聚苯胺空心球的基础上，将模板替换为十四酸微乳液，以过硫酸铵为氧化剂，可制备出微米级的、具有空心结构的聚苯胺。在整个制备实验过程中，无需低于室温的实验环境，反应物于65℃-90℃条件下反应、洗涤、干燥，用到的实验设备简单，过程便于控制，易于产业化；制备时长较传统方法能大大缩减，制备效率高。
（2）本方法采用阿拉伯树胶为表面活性剂，制备十四酸微乳液；以其作为软模板获得了聚苯胺空心球。与传统方法采用的水杨酸、β-萘磺酸等相比，本方法制备的微乳液采用的十四酸为饱和脂肪酸；同时，阿拉伯树胶和十四酸绿色环保、对人体无危害。且该方法制备的产物与现有资料报道的相比，壳层较为密实、规整，形貌相对较好。
附图说明
图1实施例1中所得的聚苯胺空心球的红外光谱（FTIR）图；
图2实施例1中所得的聚苯胺空心球的扫描电镜（SEM）照片；
图3实施例1中所得的聚苯胺空心球的透射电镜图（TEM）照片；
图4实施例2中所得的聚苯胺空心球的扫描电镜（SEM）照片；
图5实施例3中所得的聚苯胺空心球的扫描电镜（SEM）照片。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）十四酸微乳液的制备：
在30ml的去离子水中，加入0.2g的十四酸和0.1g的阿拉伯树胶，制得十四酸微乳液，随后将微乳液置于2000r/min、65℃的水浴锅中乳化2h。
（2）过硫酸铵水溶液的制备：
将1.96g的过硫酸铵溶于30ml的水制得过硫酸铵水溶液。
（3）制备聚苯胺空心球
在（1）所得的十四酸微乳液中，在85℃搅拌速度为600r/min的条件下加入0.8g的苯胺，搅拌30min后，滴加配制好的过硫酸铵水溶液，保持3h。将得到的反应物用去离子水和无水乙醇各洗涤三次后，放入烘箱中进行干燥，制得聚苯胺空心球。
以上所得的聚苯胺空心球的红外光谱分析图谱、扫描电镜照片、透射电镜照片分别见图1、2、3。
图1可见，本实施例制得的物质在1580cm−1和1500cm−1处的吸收峰分别与醌环和苯环的C-C键的伸缩振动有关；1290cm-1处的峰与芳香胺C-N键的伸缩振动有关；1160cm-1处的峰与醌环和苯环的C-H键的伸缩振动有关；680和3230cm-1处的吸收峰是N-H键引起的。这些特征峰的存在证明制备的产物为聚苯胺。
另外，在红外图谱中，未在2900以及1700cm-1处附近发现十四酸的特征峰，说明十四酸在样品的洗涤过程中已被去除，产物中不含十四酸。
图2可见，本实施例制得的聚苯胺为球形。
图3可见，本实施例制得的聚苯胺为空心的球形。
实施例2：
（1）十四酸GA微乳液
在30ml的去离子水中，加入1.0g的十四酸和0.2g的阿拉伯树胶制得十四酸微乳液，随后将微乳液置于1000r/min、65℃的水浴锅中乳化2h。
（2）过硫酸铵水溶液
将2.45g的过硫酸铵溶于30ml的水制得过硫酸铵水溶液。
（3）制备聚苯胺空心球
在（1）所得十四酸微乳液中，于65℃、搅拌速度为600r/min的条件下加入1.0g的苯胺，搅拌30min后滴加过硫酸铵水溶液，随后反应3h。将得到的反应物用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，放入烘箱干燥，制得聚苯胺空心球。
以上所得的聚苯胺空心球的扫描电镜照片见图4。从照片中可以看出，样品破损后为空心，更好地说明了制备的是空心球。
实施例3：
（1）十四酸GA微乳液
在30ml的去离子水中，加入0.4g的十四酸和0.6g的阿拉伯树胶制得十四酸微乳液，随后将微乳液置于1000r/min、65℃的水浴锅中乳化2h。
（2）过硫酸铵水溶液
将2.94g的过硫酸铵溶于30ml的水中制得过硫酸铵水溶液。
（3）制备聚苯胺空心球
在（1）所得十四酸微乳液中，于90℃、搅拌速度为600r/min的条件下加入1.2g的苯胺，搅拌30min后滴加过硫酸铵水溶液，随后反应3h。将得到的反应物用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，放入烘箱干燥，制得聚苯胺空心球。
以上所得的聚苯胺空心球的扫描电镜照片图5。
从照片中可以看出，样品破损后为空心，说明了制备的是空心球。

Claims (4)

1.一种聚苯胺空心球的制备方法，其特征在于：该方法为以下步骤：
步骤A、制备十四酸微乳液：
先将十四酸、阿拉伯树胶和水按照质量比为：0.2-1.0:0.1-0.6:30的比例混合，于65℃的水浴锅中搅拌2h制得十四酸微乳液；
步骤B、制备过硫酸铵水溶液：
取与第一步中同样质量的水，将过硫酸铵溶于水中，制备过硫酸铵水溶液；过硫酸铵的用量为下一步骤中苯胺质量的2.45倍；
步骤C、制得聚苯胺空心球：
按照十四酸：苯胺等于1:1-4的质量比，在步骤A中制得的十四酸微乳液中加入苯胺，搅拌30min后，滴加上述的过硫酸铵水溶液，随后于65℃-90℃的条件下反应3h；
对得到的反应物分别用水和乙醇洗涤三次后，放入烘箱中干燥；
最终制得的产物即为聚苯胺空心球。
2.如权利要求1所述的一种聚苯胺空心球的制备方法，其特征在于：所述步骤A中十四酸、阿拉伯树胶和水的质量比为：0.2:0.1:30。
3.如权利要求1所述的一种聚苯胺空心球的制备方法，其特征在于：所述步骤A中搅拌速率为1000-2000r/min。
4.如权利要求1所述的一种聚苯胺空心球的制备方法，其特征在于：所述的步骤C中搅拌速率为600r/min。
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