CN113265197A - 一种聚苯胺分散体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚苯胺分散体的制备方法，该方法先利用磷酸改性聚乙烯醇制备酸性掺杂乳化剂P‑PVA，再称取P‑PVA 4‑6重量份，加入至100重量份去离子水中，升温至70‑90℃，搅拌至P‑PVA完全溶解，降至室温，一次性加入苯胺3‑6重量份，搅拌0.5‑1.5h。称量3‑6重量份过硫酸铵，加入100重量份盐酸，搅拌溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中滴加到(2)中，滴加1‑3h完毕，25‑30℃搅拌12‑24h，得磷酸化水性聚苯胺分散体。本发明通过化学法引入磷酸基团，实现酸改性、水性化的同时增加涂层的附着力、防腐蚀性功能；酸和聚乙烯醇共同实现聚苯胺的水性化，实现聚苯胺的优异分散性能；实现常温条件酸改性，克服了现有方法中冰水浴改性的步骤。

Description

一种聚苯胺分散体的制备方法
技术领域
本发明涉及水性聚苯胺制备领域，具体涉及一种聚苯胺分散体的制备方法。
背景技术
聚苯胺(PANI)不仅具有良好的热稳定性和环境稳定性，还具有良好的防腐性能和抗划伤性能，可作为防腐添加剂应用于金属防腐领域。以本征态和掺杂态这两种形式的聚苯胺常用在防腐涂层中，与金属形成混合氧化物层，涂层被破坏后仍能快速再生金属氧化物层，进而有效保护金属基材。然而，聚苯胺其分子链骨架刚性强、分子间作用力大，不易加工成型，不溶于常规的有机溶剂和水，因此很难有效分散涂料中，导致聚苯胺在涂料领域的应用严重受限。
水性涂料是以水为溶剂的涂料，是新一代环保的重要组成部分。聚苯胺不溶于水，不能直接分散在水中，因此无法直接应用于水性涂料。当前通过不同掺杂机制，对聚苯胺进行化学改性，可在不改变其原本形貌的同时提高其在水性涂料体系的分散性，进而发挥其优异的防腐性能是水性涂料领域的研究热点之一。常见聚苯胺水性化的方法主要通过在苯环或氨基氮原子上引入磺酸基、羧基、磷酸基等制备水溶性PAn衍生物，利用酸基的亲水性来达到聚苯胺水性化的目的但是现有的方法依然存在分散性不好、分散聚苯胺形貌不规则的问题。
发明内容
针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种聚苯胺分散体的制备方法，首先利用磷酸改性聚乙烯醇制备酸性掺杂乳化剂，然后跟盐酸共同改性聚苯胺，进而得到聚苯胺分散体。该方法制备的聚苯胺分散体分散性好、分散体粒径均匀、并具有防锈增加涂层附着力的作用。
一种聚苯胺分散体的制备方法，包括步骤：
(1)称取40重量份的聚乙烯醇和0.5-2重量份尿素，一次性加入至100重量份去离子水中，待溶解完全均匀后加入100重量份磷酸，于40℃搅拌反应24h，升温至90℃，搅拌反应3h，得到黄色透明粘稠状液体，降温出料，得P-PVA。
(2)称取步骤1制得的P-PVA 4-6重量份，加入至100重量份去离子水中，升温至80℃，搅拌至P-PVA完全溶解，降至室温，一次性加入苯胺3-6重量份，搅拌1h。
(3)称量3-6重量份过硫酸铵，加入100重量份盐酸，搅拌溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中滴加到(2)中，滴加1-3h完毕，25-30℃搅拌12-24h，得到墨绿色悬浮液，即得磷酸化水性聚苯胺分散体。
本发明创造性地将磷酸改性聚乙烯醇所形成的酸性掺杂乳液与质子酸盐酸共同改性聚苯胺，从而实现聚苯胺的水性化和功能化。
作为优选，步骤(1)中，将称取的40重量份的聚乙烯醇和0.5-2重量份尿素，一次性加入至100重量份去离子水中后升温至70℃，待固体溶解后，搅拌0.5h使其混合均匀，再降温至40℃。
作为优选，步骤(1)中，所述聚乙烯醇规格为1788。
作为优选，步骤(1)中，所述磷酸规格为85％浓磷酸。
作为优选，步骤(2)中，所述搅拌速度为：500-700转/分。
作为优选，步骤(3)中，所述搅拌速度为：500-700转/分。
作为优选，步骤(3)中，所述盐酸规格为：0.2mol/L。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
1、通过化学法引入磷酸基团，实现酸改性、水性化的同时增加涂层的附着力、防腐蚀性功能；
2、酸酸和聚乙烯醇共同实现聚苯胺的水性化，实现聚苯胺的优异分散性能。
3、实现常温酸改性，克服了现有方法中冰水浴改性的复杂步骤。
附图说明
图1为本发明的一种聚苯胺分散体的制备方法的流程示意图。
图2为本发明的一种聚苯胺分散体的透射电镜图；
图3为对比例盐酸掺杂聚苯胺的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
本实施方式中，采用的聚乙烯醇规格为1788。
实施例1
如图1所示，本发明的一种聚苯胺分散体的制备方法包括：
(1)准确称取40gPVA和0.8g尿素，一次性加入有100ml去离子水的四口烧瓶中，升温至70℃，待固体溶解后，搅拌0.5h使其混合均匀，降温至40℃，加入称量好的100g 85wt％磷酸，于40℃搅拌反应24h，升温至90℃，搅拌反应3h，得到黄色透明粘稠状液体，降温出料。
(2)准确称取自制的P-PVA 4.7g，加入装有100ml去离子水的烧瓶中，升温至80℃，高速搅拌至P-PVA完全溶解，降至室温，一次性加入苯胺3.8g，搅拌1h.
(3)称量4.6g过硫酸铵，加入100mL盐酸(0.2mol/L)，磁力搅拌，充分溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中，约1h滴加完毕，常温搅拌24h，得到墨绿色悬浮液，即得水性聚苯胺分散体，其电镜图片如图2，水性聚苯胺呈球状，不团聚，具有优异的分散性能，粒径分布均匀，主要在20-200nm之间。
本发明中的原料均可采用市售产品。
实施例2
一种聚苯胺分散体的制备方法，采用复合改性的方法，具体步骤如下：
(1)准确称取40gPVA和2g尿素，一次性加入有100ml去离子水的四口烧瓶中，升温至70℃，待固体溶解后，搅拌0.5h使其混合均匀，降温至40℃，加入称量好的100g 85wt％磷酸，于30℃搅拌反应24h，升温至100℃，搅拌反应2h，得到黄色透明粘稠状液体，降温出料。
(2)准确称取自制的P-PVA 6g，加入装有100ml去离子水的烧瓶中，升温至70℃，高速搅拌至P-PVA完全溶解，降至室温，一次性加入苯胺6g，搅拌0.5h。
(3)称量6g过硫酸铵，加入100mL盐酸(0.2mol/L)，磁力搅拌，充分溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中，约3h滴加完毕，常温搅拌24h，得到墨绿色悬浮液，即得水性聚苯胺分散体，该分散体具有优异分散性能，且粒径分布均匀。
实施例3
一种聚苯胺分散体的制备方法，采用复合改性的方法，具体步骤如下：
(1)准确称取40gPVA和0.5g尿素，一次性加入有100ml去离子水的四口烧瓶中，升温至70℃，待固体溶解后，搅拌0.5h使其混合均匀，降温至50℃，加入称量好的100g 85wt％磷酸，于50℃搅拌反应24h，升温至80℃，搅拌反应4h，得到黄色透明粘稠状液体，降温出料。
(2)准确称取自制的P-PVA 4g，加入装有100ml去离子水的烧瓶中，升温至90℃，高速搅拌至P-PVA完全溶解，降至室温，一次性加入苯胺3g，搅拌1.5h。
(3)称量3g过硫酸铵，加入100mL盐酸(0.2mol/L)，磁力搅拌，充分溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中，约2h滴加完毕，30℃搅拌12h，得到墨绿色悬浮液，即得水性聚苯胺分散体，该分散体具有优异分散性能，且粒径分布均匀。
对比例1：(盐酸掺杂聚苯胺)
准确称取3.8g苯胺加入至有80mL盐酸(0.6mol/L)的烧瓶中，室温搅拌0.5h，取一洗净干燥的烧杯，称量4.6g过硫酸铵，加入50mL盐酸(0.2mol/L)，磁力搅拌，充分溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中，约1h滴加完毕，于冰水浴中反应4h，静置12h结束反应，得到墨绿色悬浮液，即得盐酸掺杂聚苯胺分散体，其电镜图片如图3，盐酸掺杂聚苯胺呈大片团聚形态，分散性能不佳。

Claims (8)

1.一种聚苯胺分散体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取40重量份的聚乙烯醇和0.5-2重量份尿素，一次性加入至100重量份去离子水中，待溶解完全均匀后加入100重量份磷酸，于30-50℃搅拌反应12-24h，升温至80-100℃，搅拌反应2-4h，得到黄色透明粘稠状液体，降温出料，得P-PVA。
(2)称取步骤1制得的P-PVA 4-6重量份，加入至100重量份去离子水中，升温至70-90℃，搅拌至P-PVA完全溶解，降至室温，一次性加入苯胺3-6重量份，搅拌0.5-1.5h。
(3)称量3-6重量份过硫酸铵，加入100重量份盐酸，搅拌溶解，将其转移至恒压滴液漏斗中滴加到(2)中，滴加1-3h完毕，25-30℃搅拌12-24h，得到墨绿色悬浮液，即得磷酸化水性聚苯胺分散体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚乙烯醇规格为1788。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磷酸为85wt％浓磷酸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，将称取的40重量份的聚乙烯醇和0.5-2重量份尿素，一次性加入至100重量份去离子水中后升温至70℃，待固体溶解后，搅拌0.5h使其混合均匀，再降温至反应温度。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌速度为：500-700转/分。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌速度为：500-700转/分。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述盐酸规格为：0.2mol/L。
8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的方法制备得到聚苯胺分散体。
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