[發明專利]聚苯胺/納米石墨薄片/Eu3+納米薄膜材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710018421.7
• 申請日: 2007-07-16
• 公開（公告）號: CN101157799A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 莫尊理;吳迎冰;牛貴平;陳紅
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種薄膜材料，尤其涉及一種以聚苯胺為主體的納米薄膜材料，特別涉及到納米石墨薄片與聚合物及稀土納米粒子組成的納米薄膜材料及其制備方法。

背景技術

聚苯胺作為一種新型高分子材料，具有導電性能優良、化學性質穩定、合成工藝簡單、原料成本低等優點，受到國內外研究者的極大重視。它在化學電源、傳感器、防腐、防靜電、隱形材料、電致變色、電磁屏蔽材料、生物化學等方面具有廣泛的應用前景，因此被認為是最有前景一類高分子材料。然而聚苯胺不溶不熔的特點導致其加工性能差，與聚合物在熔融共混中常因脫雜而失去導電性，因此極大地限制了它的實際應用。為了改善聚苯胺的加工性能、提高聚苯胺的商業價值，大量研究者將目光集中在聚苯胺/無機層狀化合物新型納米復合材料的制備及其性能研究中。

石墨是典型的層狀化合物且具有優良的導電、導熱和自潤滑等功能。多年來，人們將石墨粉與聚合物混熔制得復合型導電高分子材料，取得了一定的成果。然而，這樣制得的材料導電性十分有限。為了提高導電性，所需石墨的含量通常較高，從而導致材料力學性能、加工性能較差，材料的相對密度也大幅度提高。導致這種結果的主要原因是所使用的石墨粉為微米級，層間距很小(0.335nm)，比表面積小，難以提供有機單體較大的反應空間，因此與聚合物間的作用力弱。如果能將石墨以納米級分散于聚合物中，則有可能大幅度降低石墨的添加量，石墨與聚合物的界面結合狀況也將得到改善，從而有望在保持力學性能的前提下，賦予材料優良的導電性能。在制備前對石墨進行必要的物理或化學改性，可得到納米級的石墨，即納米石墨薄片。

近年來，聚苯胺/納米石墨薄片納米復合材料的制備研究引起了研究者的廣泛關注，其制備方法主要是反向微乳液聚合法和插層聚合法。反向微乳液聚合法是表面活性劑在有機溶劑中自發形成各向同向、熱力學穩定、外觀透明或半透明的膠體分散體系。該方法的缺點是反應過程中使用了大量的有機溶劑三氯甲烷，因而對環境的污染較大。插層聚合法是利用層狀無機物作為主體，將有機高聚物作為客體插入主體的層間制得有機/無機納米復合材料。由于聚苯胺不溶不熔，所以常采用單體插入原位聚合法，即將苯胺單體和層狀無機物分別分散某一溶劑中，充分分散后混合、攪拌、使單體進入無機物的層間，然后在一定條件下引發單體聚合。該方法制得的材料團聚較嚴重，很難得到納米級材料。因此，只有石墨片層與聚苯胺單體有強的相互作用，并達到納米級分散，才能獲得性能良好的納米復合材料，甚至有望獲得難以得到的納米薄膜材料。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中納米石墨片層不能以納米級均勻分散在聚合物中而影響復合材料性能的不足及環境污染較大的問題，提供一種現場乳液聚合法制備具有良好熱學和電學性能的聚苯胺/納米石墨薄片/Eu³⁺納米薄膜材料及其制備方法。

本發明聚苯胺/納米石墨薄片/Eu³⁺納米薄膜材料的制備方法，是將納米石墨薄片與Eu₂O₃以1∶0.02～1∶0.15的摩爾比溶于摻雜劑中，于室溫下，采用頻率為100HZ超聲波超聲分散15～45分鐘形成乳液，然后將納米石墨薄片0.1～0.5倍摩爾量的苯胺單體逐滴加入到上述乳液中，繼續超聲分散15～45分鐘后，將混合液降溫至0～5℃，在不斷攪拌下緩慢加入與苯胺單體等摩爾的引發劑引發苯胺單體聚合；聚合反應2～3小時后，升溫至室溫，繼續攪拌20～30小時，然后加入有機溶劑破乳，過濾、洗滌，得到聚苯胺/納米石墨薄片/Eu³⁺納米薄膜材料。

本發明所使用的石墨為納米石墨薄片，是由下述方法制備而得：稱取一定量的可膨脹石墨置于溫度為950～1050℃的馬弗爐中膨化10～15秒，可制得膨脹石墨(膨脹比約為300)，然后將膨脹石墨和75％的乙醇溶液(以怎樣的比例混合)在超聲波清洗器中超聲處理10～12小時，最后過濾、烘干，即得納米石墨薄片(NanoGs)。由該方法制得的納米石墨薄片，片層厚度為30～80nm，直徑為0.5～20μm，納米石墨薄片的這種特殊結構，為制備聚合物/納米石墨薄片納米復合材料的納米特征提供了根據。

所述摻雜劑為對甲基苯磺酸；摻雜劑的用量為納米石墨薄片和Eu₂O₃總質量的20～45倍。

所述的引發劑為過硫酸銨。