[發明專利]聚苯胺碳納米管核殼復合材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110376349.5
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113072830A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 朱愛萍;張金戈
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C09D5/08
• 分類號: C09D5/08;C09D5/03;C09D5/24;C09D163/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

聚苯胺碳納米管核殼復合材料的制備方法及其應用，屬于功能納米復合材料的制備技術領域，將碳納米管用高分子超分散劑超聲分散于水中，得到碳納米管的懸浮液；將碳納米管的懸浮液與苯胺和鹽酸混合降溫至0～5℃后滴加過硫酸銨水溶液引發苯胺氧化聚合反應，再經過濾，洗滌、干燥、研磨、過篩，得到聚苯胺碳納米管核殼復合材料，將其應用于涂料中，能夠賦予涂層優異的導電性與金屬防腐活性。

技術領域

本發明屬于功能納米復合材料的制備工藝，也涉及功能金屬防腐涂料的生產技術領域。

背景技術

碳納米材料（如石墨烯、碳納米管）由于具有高導電性以及大比表面積，在抗靜電劑以及防腐添加劑領域均得到廣泛的關注。雖然，碳納米粒子的應用潛力與前景非常值得期待。然而，由于碳納米管與石墨烯具有高比表面積、強范德華力相互作用和π-π堆積，在有機聚合物基體中不可避免地會產生聚集；同時碳納米粒子缺乏功能性的基團，難以與有機基體形成良好的粘接界面，從而影響復合涂層的機械力學性能與功能。

聚苯胺（PANI）因為合成方法簡便，獨特的可逆氧化還原活性，摻雜和脫摻雜特性，在導電與綠色金屬防腐添加劑領域的應用受到人們廣泛關注。然而，PANI的剛性結構，不溶、不熔，與通用聚合物的相容性差，難以在聚合物基體中均勻分散。而且，當腐蝕介質的pH值升高至7時，上述PANI的導電與金屬防腐活性就會消失。

納米復合技術為解決上述問題提供了一種行之有效的方法，將碳納米（碳納米管、石墨烯）材料與PANI的復合，結果不僅能改善單一納米材料的分散，而且賦予單一材料不具備的性能，如高pH環境中的導電性與電化學活性。因為納米復合材料的性能緣于其獨特的微觀結構形貌以及界面相互作用。

文獻CN201410321435.6公開了先用聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）的鹽酸水溶液將CNT超聲分散，分散機理是：通過PSS 上的苯環與CNTs 間的π-π相互作用，使PSS 分子鏈纏繞在CNTs 的表面，進一步進行苯胺的氧化聚合，制備的聚苯胺/碳納米管復合材料是CNTs-PPS/PANI共混物，該文獻僅公開其具有較高的比電容和較優異的循環穩定性。

專利文獻CN 106496553 B 和CN 109384919 A都采用羧基化的碳納米管，以實現在復合材料制備過程中能夠利用苯胺鹽陽離子和羧酸根陰離子的靜電吸附，進一步獲得碳納米管和苯胺的共軛作用，得到苯胺在碳納米管表面的聚合。但是，此兩種方法均需要羧基化CNT，相比CNT原材料不僅成本高，而且電子結構變化，導電性降低，制備的CNT/PANI界面相互作用發生變化，影響復合材料的性能如導電性、金屬防腐活性等。

發明內容

針對現有技術存在的以上問題，本發明提供一種核殼型微觀結構形貌的聚苯胺碳納米管核殼復合材料的制備方法，使其用于涂料中能夠賦予涂層優異的導電性與金屬防腐活性。

本發明制備方法包括以下步驟：

1）將碳納米管用高分子超分散劑超聲分散于水中，得到碳納米管的懸浮液；

2）將碳納米管的懸浮液與苯胺和鹽酸混合，所述苯胺與碳納米管的投料質量比為1～8∶1；

3）將上述混合體系降溫至0～5℃，然后滴加過硫酸銨水溶液引發苯胺氧化聚合反應；

4）反應結束后過濾，洗滌、干燥、研磨、過篩，得到聚苯胺碳納米管核殼復合材料。

本發明相對文獻CN201410321435.6無論是合成材料、方法還是性能與應用方面差異還是非常大的。