[發明專利]聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202011269526.1
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112522953B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 宋煒;肖茹;陸建偉;晏珊;陳爽;王星帥;李夢嬌
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M15/61
• 分類號: D06M15/61;C08G73/02;D06M101/08;D06M101/34;D06M101/32;D06M101/20
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠及其制備方法，制備方法為：向表面及內部均勻吸附苯胺的熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠、酸性溶液II和苯胺的混合物(酸性溶液II和苯胺的體積比為48:0.1～0.2)中加入氧化劑溶液得到反應體系后，對反應體系施加一定電壓(1～4kV)的電場反應一定時間后制得聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠。最終制得的聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠由熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠和聚苯胺納米纖維(平均長度為0.4～1.2μm)組成；聚苯胺納米纖維主要根植于熱塑性聚合物納米纖維的表面，沿垂直于熱塑性聚合物納米纖維的方向生長，結構有序。本發明的方法簡單，制得的產品的電導率為21.2～47.5mS/cm。

技術領域

本發明屬于導電納米纖維氣凝膠技術領域，涉及一種聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠及其制備方法。

背景技術

聚苯胺具有導電性高、穩定性好、響應速度快、工作電壓低等優異性能，是最有前途的導電高分子材料之一，在很多的新領域已經得到了應用，如交換電極、二次電池、氣敏材料、電致變色顯示器、電子設備、傳感器、電磁屏蔽、抗靜電和金屬防腐等領域。

近年來，納米材料制備技術已廣泛應用于導電聚合物的制備合成中。由于納米材料的尺寸效應、表面效應等，使導電聚合物材料的功能特性大大得到擴展。納米結構的聚苯胺的形態有很多種類，例如納米顆粒、納米線、納米管、納米球、納米片、納米纖維等。聚苯胺納米纖維、納米管、納米棒等具有與用普通方法制備的無規則顆粒狀聚苯胺相同的主鏈結構，但卻具有不同的性能。聚苯胺納米纖維、納米管、納米棒等由于分子結構更規整、排列更有序、比表面積更大，其電導率更高。

氣凝膠具有獨特的納米級多孔結構，孔隙率高達80～99.8％，是目前世界上最輕的固態材料，與其他材料相比較，氣凝膠獨特的三維網絡結構使其具備孔隙率極高、密度極低、比表面積高、介電常數低、導熱率低等諸多優異性能。氣凝膠的巨大比表面積為聚苯胺提供了穩定的固體基質，從而獲得性能良好的復合材料。這種材料可以結合聚苯胺的電性能和氣凝膠的獨特性能，在諸多領域如抗靜電材料、電磁屏蔽、儲能設備、傳感器等均體現出潛在的優勢及應用前景。

專利CN110577669A公開了一種導電的聚苯胺-纖維素復合氣凝膠及其制備方法，該方法將導電的聚苯胺直接加入到纖維素氣凝膠的冷凍干燥過程中，從而獲得輕質、多孔的導電氣凝膠，但是聚苯胺與纖維素之間的結合力較小，聚苯胺易脫落，導電性能不穩定。為解決聚苯胺易脫落的問題，現有技術采用水熱和原位聚合技術合成了共價鍵合的聚苯胺/石墨烯氣凝膠，該方法在石墨烯的表面垂直均勻生長聚苯胺納米棒(200～300nm)，主要用于微波吸收，缺點是石墨烯的成本較高，且生長的聚苯胺納米棒的長度固定、較短，無法貫穿納米纖維氣凝膠的孔隙，使整個納米纖維氣凝膠上的聚苯胺納米棒連結起來，以進一步提升電導率。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的問題，提供一種聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠的制備方法，先制備表面及內部均勻吸附苯胺的熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠、酸性溶液II和苯胺的混合物；再向混合物中加入氧化劑溶液得到反應體系后，對反應體系施加一定電壓的電場反應一定時間后制得聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維氣凝膠；

表面及內部均勻吸附苯胺的熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠是通過將熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠依次浸潤在酸性溶液I和苯胺中制得的；熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠制備簡單且環境友好，能大規模生產；浸潤酸性溶液I是為了對熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠進行親水性處理，使其能夠更好地吸附苯胺；浸潤苯胺是為了提供苯胺原位生長的成核點；

混合物中酸性溶液II和苯胺的體積比為48:0.1～0.2，表面及內部均勻吸附苯胺的熱塑性聚合物納米纖維氣凝膠的用量不限，只要保證其能夠完全浸沒在酸性溶液II和苯胺中即可；