[發明專利]一種一維導電聚苯胺/凹凸棒納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110448086.0
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102558553A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉豐華;許高杰;周石;郭建軍;程昱川
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02;C08K7/10;C08K3/34;C08L79/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明涉及導電復合材料的制備領域，具體地說，涉及一種一維導電聚苯胺/凹凸棒納米復合材料的制備方法。

背景技術

聚苯胺(PANI)的結構多樣化，摻雜態和未摻雜的聚苯胺具有環境穩定性好、易于合成、物理性能優異、單體廉價易得等優點，特別是它具有獨特的質子酸摻雜機制和優良的導電性能，被認為是最有實際應用前景的導電聚合物之一。其中一維導電聚苯胺納米材料由于具有高能量密度、結構低維、高比表面積、良好的導電性和穩定性在鋰離子電池、超級電容器、氣敏元件、復合導電纖維和電致變色材料等領域有著廣泛的應用前景。

至今，一維聚苯胺納米材料的制備方法有模板法、界面聚合法、稀溶液聚合法、快速混合聚合法和電化學方法。其中模板法是目前合成一維聚苯胺納米材料最有效的方法。模板法分為硬模板法和軟模板法，硬模板法：采用本身具有一維納米結構的材料為模板通過聚合過程的控制實現聚苯胺一維納米材料的合成；軟模板法：通過長鏈表面活性劑分子相互締合形成膠束，然后以膠束為模板形成聚苯胺一維納米材料。硬模板法合成的一維導電聚苯胺材料尺寸均勻、可控，但常用的硬模板材料為人工合成，導致制備一維導電聚苯胺材料的價格成本較高，同時一維導電聚苯胺材料的尺寸受到模板的限制。軟模板法合成的一維導電聚苯胺材料尺寸不受模板限制，但尺寸均一性不高。

凹凸棒是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，其晶體呈針狀、纖維狀集合體，單根纖維晶的直徑在20nm左右，長度可達幾個微米，是一種天然的一維納米無機材料，具有無毒、無味、無刺激、化學穩定、易干燥、硬度低等優點。

授權公告號為CN?100549097C的中國專利公開了一種聚苯胺/凹凸棒土納米導電復合材料的制備方法，包括以下步驟：向去離子水中加入凹凸棒土原料，制成凹凸棒土質量占去離子水質量3％～25％的漿料；在不斷攪拌的條件下，向漿料中加入苯胺，苯胺質量占凹凸棒土質量的20％～80％，再向漿料中加入無機酸，無機酸與苯胺的摩爾比為3.8～15.5∶1，然后在上述漿料中緩慢滴入濃度為0.42～1.72mol/L的氧化劑溶液，氧化劑與苯胺的摩爾比為0.5～2.0∶1，氧化聚合2～24h，聚合溫度為10～60℃；再經過脫雜、抽濾、水洗、干燥后得到聚苯胺/凹凸棒土導電復合材料。但是該專利公開的技術方案存在以下缺陷：一、苯胺質量占凹凸棒土質量的20％～80％，苯胺用量太少，聚合反應獲得的導電聚苯胺不能有效包覆凹凸棒顆粒，以致獲得的聚苯胺/凹凸棒土復合材料的導電性不穩定；二、該方法制備的聚苯胺/凹凸棒土導電復合材料電阻率很高，電導率很低。

公開號為CN?101191016A的中國專利申請公開了一種聚苯胺/凹凸棒石納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：將純度為85％以上的凹凸棒石粉體，加陰離子表面活性劑和水高速攪拌均勻，制成濃度為5～20％的懸浮液；在上述懸浮液加入經質子酸酸化的苯胺鹽，苯胺加入量與凹凸棒石的量的重量比為20∶1～4∶1，質子酸濃度為0.5～2.5mol/L，混合30min～3小時，加入苯胺量的0.05％～1％的氧化型引發劑，在5～20℃的溫度下，高速攪拌原位聚合2～10小時，反應后靜置，過濾，水洗滌2～4次，真空干燥，得到墨綠色粉末。但是該專利公開的技術方案存在以下缺陷：一、將純度為85％以上的凹凸棒石粉體與水制成濃度為5～20％的懸浮液，凹凸棒的用量較大，一維納米結構凹凸棒石在水相中容易形成網狀結構使得懸浮液的粘度很高，以致反應原料和試劑在漿料中較難分散；二、該方法沒有測量其制備的聚苯胺/凹凸棒石納米復合材料的電導率，通過重復該方法中實施例4，發現該聚苯胺/凹凸棒石納米復合材料的電導率較低，約0.5S/cm。

雖然授權公告號為CN?100549097C的中國專利和公開號為CN101191016A的中國專利申請已提出利用凹凸棒為核來制備凹凸棒/聚苯胺復合材料，但是將納米凹凸棒與長鏈分子軟模板一起，通過硬模板和軟模板相結合的方法來制備一維導電聚苯胺/凹凸棒納米復合材料一直未有報道。

發明內容

本發明提供了一種一維導電聚苯胺/凹凸棒納米復合材料的制備方法，以納米材料凹凸棒為硬模板、長鏈分子表面活性劑為軟模板，通過硬模板和軟模板相結合的方法，制備尺寸均一可控的一維導電聚苯胺/凹凸棒納米復合材料。

一種一維導電聚苯胺/凹凸棒納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將納米凹凸棒粉體和水混合均勻，制成凹凸棒粉體重量百分含量為0.2％～4.9％的懸浮液；