具体实施方式
比较例1
采用界面聚合技术合成聚苯胺纳米纤维:将6.0g苯胺溶解在200mL的氯仿中,并将4.0g过硫酸铵溶解在200mL的1.0mol/L盐酸水溶液中。通过漏斗将氯仿溶液加入到盐酸水溶液底部,确保形成良好的油/水界面,在室温下静置反应12h。过滤,用去离子水洗涤,直到滤液中不含有SO4 2-,将固体产物在70℃下干燥后,即得盐酸掺杂的聚苯胺纳米纤维。
该导电聚苯胺纳米纤维的直径约为30-60nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺纳米纤维的电导率为0.67S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3a所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长而逐渐降低,加热180分钟后,其电导率比起始态下降2个数量级。表明该聚苯胺纳米纤维在导电性方面的热稳定性较差。
比较例2
重复比较例1的过程,用1.0mol/L高氯酸代替1.0mol/L盐酸,制得高氯酸掺杂聚苯胺纳米纤维。取3.0g高氯酸掺杂聚苯胺纳米纤维置于100mL的10wt%的氨水溶液中,在室温下搅拌24h后,抽滤,用去离子水洗至中性,在70℃干燥,得到本征态聚苯胺纳米纤维。
取2.4g(25.8mmol)本征态聚苯胺纳米纤维、10.1g(31.0mmol)十二烷基苯磺酸和100mLN,N-二甲基甲酰胺溶剂(DMF)置于反应器中,开动搅拌,在70℃下搅拌预掺杂8小时,蒸出DMF溶剂,再将固体产物在120℃下继续热掺杂2h,即得到十二烷基苯磺酸掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺形貌如图1的透射电镜照片所示,可见其呈现聚集的颗粒状结构,表明使用本征态聚苯胺的良溶剂DMF得不到纳米纤维状结构的聚苯胺。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为0.0032S/cm。
实施例1
重复比较例2的过程,用100mL乙醇溶剂代替100mLN,N-二甲基甲酰胺溶剂,得到十二烷基苯磺酸掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺形貌如图2的透射电镜照片所示,可见其呈现纳米纤维状结构,纤维直径约为100-120nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为0.68S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3e所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长下降幅度较小。表明该聚苯胺纳米纤维在导电性方面的热稳定性优异。
实施例2
重复实施例1的过程,用10.0g(31.0mmol)磷酸二辛酯代替10.1g(31.0mmol)十二烷基苯磺酸,用100mL异丙醇溶剂代替100mL乙醇溶剂,得到磷酸二辛酯掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺的形貌呈现纳米纤维状结构,纤维直径约为100-120nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为0.93S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3f所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长几乎不下降。表明该聚苯胺纳米纤维在导电性方面的热稳定性优异。
实施例3
重复比较例1的过程,制得盐酸掺杂聚苯胺纳米纤维。取3.0g盐酸掺杂聚苯胺纳米纤维置于100mL的10wt%的氨水溶液中,在室温下搅拌24h后,抽滤,用去离子水洗至中性,在70℃干燥,得到本征态聚苯胺纳米纤维,其直径约为30-60nm。
取2.4g(25.8mmol)本征态聚苯胺纳米纤维、4.9g(12.9mmol)十六烷基苯磺酸和80mL乙醇置于反应器中,开动搅拌,在50℃下搅拌预掺杂16小时,蒸出乙醇溶剂,再将固体产物在100℃下继续热掺杂1h,即得到十六烷基苯磺酸掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺的形貌呈现纳米纤维状结构,纤维直径约为30-60nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为2.3S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3c所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长呈现一定的下降趋势。表明该聚苯胺纳米纤维在导电性方面的热稳定性尚好。
实施例4
重复比较例1的过程,用1.0mol/L高氯酸代替1.0mol/L盐酸,制得高氯酸掺杂聚苯胺纳米纤维。取3.0g高氯酸掺杂聚苯胺纳米纤维置于100mL的10wt%的氨水溶液中,在室温下搅拌24h后,抽滤,用去离子水洗至中性,在70℃干燥,得到本征态聚苯胺纳米纤维,其直径约为100-120nm。
取2.4g(25.8mmol)本征态聚苯胺纳米纤维、7.8g(31mmol)磷酸十二烷基酯和100mL正丙醇置于反应器中,开动搅拌,在80℃下搅拌预掺杂24h,蒸出乙醇溶剂,再将固体产物在120℃下继续热掺杂4h,即得到磷酸十二烷基酯掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺的形貌呈现纳米纤维状结构,纤维直径约为100-120nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为0.33S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3b所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长开始下降较慢,后随时间增加下降加速。表明该聚苯胺纳米纤维的电导率在短时间内是稳定的。
实施例5
重复比较例1的过程,制得盐酸掺杂聚苯胺纳米纤维。取3.0g盐酸掺杂聚苯胺纳米纤维置于100mL的10wt%的氨水溶液中,在室温下搅拌24h后,抽滤,用去离子水洗至中性,在70℃干燥,得到本征态聚苯胺纳米纤维,其直径约为30-60nm。
取2.4g(25.8mmol)本征态聚苯胺纳米纤维、8.4g(25.8mmol)十二烷基苯磺酸和100mL正丁醇置于反应器中,开动搅拌,在80℃下搅拌预掺杂8小时,蒸出正丁醇溶剂,再将固体产物在160℃下继续热掺杂0.5h,即得到十二烷基苯磺酸掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺的形貌呈现纳米纤维状结构,纤维直径约为30-60nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为3.2S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3g所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长呈现缓慢下降趋势。表明该聚苯胺纳米纤维在导电性方面的热稳定性良好。
实施例6
重复比较例1的过程,用1.0mol/L高氯酸代替1.0mol/L盐酸,制得高氯酸掺杂聚苯胺纳米纤维。取3.0g高氯酸掺杂聚苯胺纳米纤维置于100mL的10wt%的氨水溶液中,在室温下搅拌24h后,抽滤,用去离子水洗至中性,在70℃干燥,得到本征态聚苯胺纳米纤维,其直径约为100-120nm。
取2.4g(25.8mmol)本征态聚苯胺纳米纤维、12.6g(38.7mmol)十二烷基苯磺酸和100mL乙醇置于反应器中,开动搅拌,在70℃下搅拌预掺杂4小时,蒸出乙醇溶剂,再将固体产物在140℃下继续热掺杂4h,即得到十二烷基苯磺酸掺杂的导电聚苯胺。
该导电聚苯胺的形貌呈现纳米纤维状结构,纤维直径约为100-120nm。
使用四探针技术,测试该导电聚苯胺电导率为0.44S/cm。
使用配有加热系统的电导率测试装置,温度始终维持在150℃,测定电导率随加热时间的变化关系,见图3d所示。发现该聚苯胺纳米纤维的电导率随加热时间的延长几乎不下降。表明该聚苯胺纳米纤维在导电性方面的热稳定性优异。
比较例3
将3.0g按比较例1制得的掺杂聚苯胺纳米纤维(PAn-HCl)与45.6g低密度聚乙烯(LDPE)和11.4g乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、按一定配比混合后,在双辊开炼机熔融共混,于125℃混炼10min,得到PAn-HCl/LDPE/EAA三元导电复合材料,并在120℃下,用平板硫化机压成2mm厚的样片。
该导电复合材料的形貌如图4的扫描电镜照片所示,可以看出,存在许多直径大于400nm且分布不均匀的白色区域(代表聚集态的聚苯胺纤维),表明该导电聚苯胺纤维在复合材料中分散性较差。
采用ZC46型高阻仪,测试该导电复合材料的电导率为1.8×10-8S/cm。
采用型拉伸试验机CMT-20kN按照ASTM D638标准,测得该导电复合材料的拉伸强度为8.1MPa,断裂伸长率为210%。
实施例7
将3.0g按实施例1制得的十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺纳米纤维(PAn-DBSA)与45.6g低密度聚乙烯(LDPE)和11.4g乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、按一定配比混合后,在双辊开炼机熔融共混,于125℃混炼10min,得到PAn-DBSA/LDPE/EAA三元导电复合材料,并在120℃下,用平板硫化机压成2mm厚的样片。
该导电复合材料的形貌如图4的扫描电镜照片所示,可以看出,直径为100-200nm的白色亮点代表垂直断面的聚苯胺纤维突出部分,亮点分布均匀,表明该导电聚苯胺纤维在复合材料中有着良好的分散性。
采用ZC46型高阻仪,测试该导电复合材料的电导率为3.2×10-6S/cm。
采用型拉伸试验机CMT-20kN按照ASTM D638标准,测得该导电复合材料的拉伸强度为10.0MPa,断裂伸长率为350%。