[發明專利]聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202011271860.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112376282B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 肖茹;宋煒;陸建偉;晏珊;陳爽;謝瑾瑜;顧磊
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M15/61
• 分類號: D06M15/61;D01F8/02;D01F8/14;D04H1/4291;D04H1/4334;D04H1/435;D04H3/007;D04H3/009;D04H3/011;D06M101/08;D06M101/32
• 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膜及其制備方法，制備方法為：向表面均勻吸附苯胺的熱塑性聚合物納米纖維膜、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48:0.1～0.9)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膜。最終制得的聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維膜由熱塑性聚合物納米纖維膜和聚苯胺納米纖維(平均長度為300～800nm)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。本發明的制備方法簡單，制得的聚苯胺/熱塑性聚合物導電納米纖維膜的電導率為11.4～26.3mS/cm。

技術領域

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

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。

目前，合成聚苯胺方法主要有電化學聚合法和化學氧化聚合法等。電化學方法只適于合成小批量聚苯胺，且合成速度慢，同時產物在電極上生成，難以剝離，限制了其應用。化學氧化聚合法聚合得到的聚苯胺的結構和性能會因摻雜酸的種類及濃度、氧化劑的種類及濃度、單體濃度、反應溫度、反應時間等諸多因素的不同而不同，化學氧化聚合法的優點是對聚合條件要求不苛刻，可根據要求實現從小量到大量生產，是目前生產商業用的聚苯胺的主要方法。

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。

熱塑性聚合物納米纖維膜由于其良好的化學穩定性、機械強度、多功能性和連續性，它可以被廣泛衍生化同時用于制造功能性材料的穩定且堅固的載體、基質或支架組件。熱塑性聚合物納米纖維膜的巨大比表面積為聚苯胺的原位化學氧化聚合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熱塑性聚合物納米纖維膜的獨特性能，這種材料的密度小、成本低，可以大規模生產，可以應用到吸附過濾、摩擦納米發電機、柔性可穿戴傳感器、儲能器件等領域。但是大多數聚苯胺只是以涂層或薄膜形式負載在熱塑性聚合物納米纖維膜表面，電導率較低，只有較少數聚苯胺能以纖維的形式生長在熱塑性聚合物納米纖維膜表面。文獻(High Sensitivity AmmoniaSensor Using a Hierarchical Polyaniline/Poly(ethylene-co-glycidylmethacrylate.Nanofibrous Composite Membrane[J].ACS Appl.Mater.Interfaces2013,5,6473-6477.)通過在聚(乙烯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯)(PE-co-GMA)納米纖維表面上原位生長均勻的聚苯胺制得了一種分層結構的三維網絡納米纖維復合膜，該方法解決了難以在熱塑性聚合物納米纖維膜表面生長聚苯胺的問題，缺點是聚苯胺的形態為納米棒，長度較短(約100nm)，無法貫穿納米纖維膜的孔隙，使整個納米纖維膜上的聚苯胺納米棒連結起來，以進一步提升電導率，且隨著反應時間的增加，聚苯胺納米棒的有序性變差，更多的納米棒無序地堆積在纖維膜表面。

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膜及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：