一種聚苯胺及其衍生物納米纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)電高分子材料制備技術(shù)，具體是一種聚苯胺及其衍生物納米纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-1OOnm)的材料。相比于其他材料而言，納米材料因其具有較高的比表面積、高擴(kuò)散率、特殊的熱力學(xué)性能，良好的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于光熱吸收、特殊導(dǎo)體、分子篩、催化劑、超微復(fù)合材料、敏感元件等領(lǐng)域。已成為21世紀(jì)最有應(yīng)用前景的材料。
[0003]聚苯胺作為一種十分重要的導(dǎo)電高分子聚合物，它不僅具有獨(dú)特的易摻雜性、氧化還原性、導(dǎo)電性、易合成和低成本等特點(diǎn)，而且還能夠與金屬形成配位，復(fù)合出特殊的新材料。此外，聚苯胺在電磁屏蔽材料、防靜電涂料、化學(xué)傳感器、二次電池、電致變色元件、防腐材料等方面都有巨大的應(yīng)用潛能。而在眾多結(jié)構(gòu)中，納米纖維聚苯胺由于其一維直鏈結(jié)構(gòu)和高比表面積而被人們廣泛研宄，但其纖維結(jié)構(gòu)不易控制，穩(wěn)定性不高，所以要想制備出形貌均勻的納米纖維，技術(shù)上還需不斷提高。
[0004]用于制備聚苯胺及其衍生物納米纖維的合成方法有很多，常見的有硬模板法和軟模板法。硬模板法主要是將苯胺單體誘導(dǎo)入含有沸石分子篩、陽極氧化鋁等孔道模板中去，在其孔道中制備納米纖維聚苯胺的方法。但該方法工藝?yán)щy繁瑣，制備的產(chǎn)物產(chǎn)量低，而且會對聚苯胺的結(jié)構(gòu)造成破壞。軟模板法主要是在表面活性劑等結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)分子的存在下制備納米纖維聚苯胺。雖然簡化了硬模板的操作步驟，對于聚苯胺的形貌可控性較差。此外，用電化學(xué)法制備納米纖維聚苯胺雖然性能良好，但制備成本高，條件要求苛刻。Kaner的界面聚合法制備納米纖維聚苯胺卻需要大量有機(jī)溶劑，容易造成環(huán)境污染。由此可以看出，雖然聚苯胺的合成方法種類眾多，但合成方法自身都有一定的缺陷，聚苯胺及其衍生物的微觀形貌不易得到控制，而且可加工性能較差。即便通過改變工藝條件使其形貌得到改善，但有關(guān)開發(fā)制備形貌均勻的納米纖維聚苯胺及其衍生物的方法還不夠完善，制備方法相對復(fù)雜，處理起來成本也比較高。所以如何通過簡單的方法制備納米纖維聚苯胺及其衍生物材料就成為人們研宄的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，以苯胺及其衍生物為單體，利用離心快速聚合法一步合成聚苯胺及其衍生物納米纖維。
[0006]本發(fā)明納米纖維聚苯胺及其衍生物的制備方法，其具體步驟如下:
(1)在離心管中加入濃度為0.1-2.0 mo I/L摻雜酸水溶液；
(2)將苯胺或苯胺衍生物單體加入到含有摻雜酸水溶液的離心管中充分溶解形成質(zhì)子酸鹽溶液，苯胺或苯胺衍生物在溶液中濃度為0.03-1.0 mol/L ；
(3)將一定比例的氧化劑迅速加入到步驟(2)所形成的質(zhì)子酸鹽溶液中，并置于離心機(jī)中離心聚合反應(yīng)0.lh~l.0h，倒去上清液，將獲得的聚苯胺或聚苯胺衍生物在真空60°C下干燥12h，即得高質(zhì)量的聚苯胺納米纖維或聚苯胺衍生物納米纖維。
[0007]步驟(I)所采用的摻雜酸選自鹽酸、硫酸、硝酸、檸檬酸。
[0008]步驟(3)中苯胺或苯胺衍生物和氧化劑的摩爾比為1~4，所用的離心聚合轉(zhuǎn)速是500r/min~10000r/mino
[0009]步驟(3 )所述氧化劑選自過硫酸銨、雙氧水、三氯化鐵、過硫酸鉀。
[0010]用SEM觀察所得產(chǎn)品，可發(fā)現(xiàn)形貌均勻的納米纖維聚苯胺及其衍生物。
[0011]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明巧妙的利用離心機(jī)的離心作用力使得聚苯胺納米纖維在一維方向上均相成核，避免二次成核現(xiàn)象的發(fā)生，使制得的納米纖維聚苯胺及其衍生物細(xì)長、均勻、形貌良好。
[0012](2)本發(fā)明提出的快速離心聚合法一步合成聚苯胺及其衍生物納米纖維，其特點(diǎn)是反應(yīng)與分離同步進(jìn)行，具有方法簡單、時間高效、操作容易、環(huán)境良好的優(yōu)點(diǎn)，而且聚苯胺及其衍生物納米纖維的形貌可控。
【附圖說明】
[0013]圖1是實(shí)施例2所制備的聚苯胺納米纖維掃描電鏡(SEM)照片；
圖2是實(shí)施例6所制備的聚苯胺納米纖維掃描電鏡(SEM)照片；
圖3是實(shí)施例10所制備的聚苯胺納米纖維掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。
[0015]實(shí)施例1:
Cl)首先在20ml的離心管中加入15mL濃度為lmol/L的HCl水溶液；
(2)用移液管量取0.05ml的苯胺(AN)溶液加入到含有摻雜鹽酸的水溶液中，搖勻，使單體充分溶解；
(3)用分析天平稱量0.1251g的過硫酸銨(APS)，并迅速加入到步驟(2)所形成的質(zhì)子酸鹽溶液中([AN]: [APS] =1:1)，無需攪拌，直接將其放入離心機(jī)中離心聚合，調(diào)整離心轉(zhuǎn)速為500r/min，反應(yīng)0.lh，倒去清液，將獲得的聚苯胺在真空60°C下干燥12h，即可制得高質(zhì)量的聚苯胺納米纖維。
[0016]實(shí)施例2:
Cl)首先在20ml的離心管中加入15mL濃度為lmol/L的HCl水溶液；
(2)用移液管量取0.05ml的苯胺(AN)溶液加入到含有摻雜鹽酸的水溶液中，搖勻，使單體充分溶解；
(3)用分析天平稱量0.0626g的過硫酸銨，并迅速加入到步驟(2)所形成的質(zhì)子酸鹽溶液中([AN]: [APS]=2:1)，無需攪拌，直接將其放入離心機(jī)中離心聚合，調(diào)整離心轉(zhuǎn)速為3000r/min，反應(yīng)0.5h，倒去清液，將獲得的聚苯胺在真空60°C下干燥12h，即可制得高質(zhì)量的聚苯胺納米纖維(見圖1)。
[0017]實(shí)施例3: (1)首先在20ml的離心管中加入15mL濃度為lmol/L的檸檬酸水溶液；
(2)用移液管量取0.05ml的苯胺(AN)溶液加入到含有摻雜檸檬酸的水溶液中，搖勻，使單體充分溶解；
(3)用分析天平稱量0.0417g的過硫酸銨，并迅速加入到步驟(2)所形成的質(zhì)子酸鹽溶液中([AN]: [APS]=3:1)，無需攪拌，直接將其放入離心機(jī)中離心聚合，調(diào)整離心轉(zhuǎn)速為lOOOOr/min，反應(yīng)1.0h，倒去清液，將獲得的聚苯胺在真空60°C下干燥12h，即可制得高質(zhì)量的聚苯胺納米纖維。
[0018]實(shí)施例4:
Cl)首先在20ml的離心管中加入15mL濃度為0.5mol/L硝酸水溶液；
(2)用移液管量取0.05ml的苯胺溶液加入到含有摻雜的硝酸水溶液中，搖勻，使單體充分溶解；
(3)用分析天平稱量0.0373g的過硫酸鉀，并迅速加入到步驟(2)所形成的質(zhì)子酸鹽溶液中([AN]:[過硫酸鉀]=4:1)，無需攪拌，直接將其放入離心機(jī)中離心聚合，調(diào)整離心轉(zhuǎn)速為6000r/min，反應(yīng)0.3h，倒去清液，將獲得的聚苯胺在真空60°C下干燥12h，即可制得高質(zhì)量的聚苯胺納米纖維。
[0019]實(shí)施例5:
Cl)首先在20ml的離心管中加入15mL濃度為2.0moI/L的HCl水溶液；
(2)用移液管量取0.05ml的苯胺(AN)溶液加入到含有摻雜鹽酸的水溶液中，搖勻，使單體充分溶解；
(3)用分析天平稱量0.1251g的過硫酸銨，并迅速加入到步驟(2)所形成的質(zhì)子酸鹽溶液中([AN]: