專利名稱：一種聚苯胺納米棒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚苯胺納米棒的制備方法，以含有碳氮雙鍵官能團的席夫堿為種 子、鹽酸為摻雜劑、水與水溶性有機溶劑組成的均相體系為反應介質(zhì)，利用種子聚合 法通過一系列步驟來制備。
背景技術：
聚苯胺一維納米結(jié)構(gòu)如納米線、納米管、納米棒及納米纖維等具有不同于普通的 聚苯胺無規(guī)顆粒的性能，在制造納米功能器件等方面扮演著重要的角色。當材^4的特 征維度達到納米尺寸時，其性能相對于本體材料將發(fā)生顯著變化。近年來，研究人員 在聚苯胺納米棒的制備方面取得了較大的進展，但是尺寸、形貌以及電磁性能可控的 聚苯胺納米棒的制備仍然是實現(xiàn)它們在技術上應用的關鍵。
目前用于制備聚苯胺納米棒的方法主要是模板法、自組裝法、界面聚合、種子聚 合法等方法，這些方法普遍存在以下問題(1)苯胺聚合結(jié)束后所采用的模板劑不易 去除；(2)反應介質(zhì)中油相有機溶劑的環(huán)境污染問題；(3)生產(chǎn)成本高；(4)聚苯胺 納米棒的形貌參數(shù)難于控制等問題。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術問題
為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種聚苯胺納米棒的制備方法，在制 備聚苯胺納米棒的基礎上，以含有碳氮雙鍵官能團的席夫堿為種子，水與水溶性有機 溶劑組成的均相體系為反應介質(zhì)，制備了一種形貌參數(shù)可控、電磁性能優(yōu)良的聚苯胺 納米棒。本發(fā)明闡述的制備方法對環(huán)境無污染、工藝簡單、產(chǎn)率高，易于工業(yè)化生產(chǎn)， 所得聚苯胺納米棒具有良好的電磁性能。用本發(fā)明所述及的制備方法制備的聚苯胺納米棒可應用于隱身材料、電磁屏蔽材料、防靜電材料等領域。 技術方案
一種聚苯胺納米棒的制備方法，其特征在于步驟如下
步驟1、將0. 1 5. 0份席夫堿溶解分散在30 150份水與水溶性有機溶劑組成的 均相體系中；
步驟2、在攪拌條件下將鹽酸5 20份溶解在上述均相體系中形成鹽酸溶液； 步驟3、在攪拌條件下加入2 10份苯胺形成組份A;
步驟4、在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1. 0 ml/min 5.0ml/min，滴加完畢后，繼續(xù)反應2 10小時，反應溫度控制在0'C 5。C之間；所 述的組份B是將4 50份氧化劑過硫酸銨溶解在20 400份水與水溶性有機溶劑形 成的均相體系中形成組份B;
步驟5、將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；
步驟6、用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5M 4.0M，摻 雜的時間為2 10小時；
步驟7、洗滌后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa 0. 9MPa，干燥的溫度為60。C 100。C; 上述步驟中各組份單位為質(zhì)量份。
所述的席夫堿為一種含有碳氮雙鍵官能團的有機高分子，其數(shù)均分子量為500 20000。
所述的水溶性有機溶劑為醇類或酮類能與水形成均相體系的有機溶劑，其中水溶 性有機溶劑的體積含量為0 100%。
有益效果本發(fā)明所提出的聚苯胺納米棒的制備方法，其特點在于(1)本發(fā)明采用含有碳 氮雙鍵官能團結(jié)構(gòu)的席夫堿為種子，通過逐滴滴加過硫酸銨溶液使苯胺在聚合過程中 以席夫堿分子為種子，以納米棒的方式聚集存在。以分子結(jié)構(gòu)可調(diào)的席夫堿為種子有 利于合成微觀形貌參數(shù)可調(diào)、電磁性能優(yōu)良的聚苯胺納米棒；(2)以水與水溶性有機 溶劑形成的均相體系為反應介質(zhì)、避免了界面聚合及乳液聚合中油相有機溶劑的環(huán)境 污染問題；(3)水溶性有機溶劑也是許多聚合物的良溶劑，為制備聚苯胺納米導電復 合材料提供了新的工藝方法，具有較大的實用價值。以兩種不同分子結(jié)構(gòu)的席夫堿為 種子、以水與水溶性有機溶劑形成的均相體系為反應介質(zhì)制備的聚苯胺納米棒的掃描 電鏡照片(SEM)及X-射線衍射圖(XRD)如圖1、圖2所示；以席夫堿B為種子釆 用種子聚合法制備的聚苯胺納米棒在8.2GHz 12.4 GHz范圍內(nèi)的電損耗性能及磁損 耗如圖3、圖4所示。


圖1:以兩種不同分子結(jié)構(gòu)的席夫堿(席夫堿A、席夫堿B)為種子、水與水溶性
有機溶劑形成的均相體系制備的聚苯胺納米棒的掃描電鏡照片(SEM)。
圖2:以兩種不同分子結(jié)構(gòu)的席夫堿(席夫堿A、席夫堿B)為種子、水與水溶性 有機溶劑形成的均相體系為反應介質(zhì)制備的聚苯胺納米棒的X-射線衍射圖(XRD)。
圖3:以席夫堿B為種子、水溶性有機溶劑為反應介質(zhì)制備的聚苯胺納米棒的介 電性能圖，其中(a)介電常數(shù)實部；(b)介電常數(shù)虛部；(c)介電損耗。
圖4:以席夫堿B為種子、水溶性有機溶劑為反應介質(zhì)制備的聚苯胺納米棒的磁 性能圖，其中(a)磁導率實部；(b)磁導率虛部；(c)磁損耗。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述實施例l:
(1) 將0.1份席夫堿A溶解分散70份水；
(2) 在攪拌條件下將9份鹽酸溶液在上述體系中；
(3) 在攪拌條件下將2份苯胺溶解在上述體系中；形成組份A;
(4) 將5份過硫酸銨溶解在20份水中形成組份B;
(5) 在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1.0ml/min 5.0ml/min，滴加完畢后，繼續(xù)反應2 10小時，反應溫度控制在0°C 5°C 之間；
(6) 將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；
(7) 用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5M 4.0M，摻雜 的時間為2 10小時；
(8) 洗滌后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa 0.9MPa，干燥的溫度為60。C 100。C。
實施例2:
(1) 將水與水溶性有機溶劑按體積比l: 1的比例混合形成50份的均相體系；
(2) 將3.0份席夫堿A溶解分散在上述體系中；
(3) 在攪拌條件下將5份鹽酸溶解在上述溶液中；
(4) 在攪拌條件下加入2份苯胺形成組份A;
(5) 將10份過硫酸銨溶解在50份水中形成組份B;
(6) 在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1.0ml/min 5.0ml/min，滴加完畢后，繼續(xù)反應2 10小時，反應溫度控制在0'C 5'C 之間；
(7) 將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；(8) 用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5 M 4.0M，摻 雜的時間為2 10小時；
(9) 洗滌后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa 0.9MPa，干燥的溫度為60。C 10(rC。
實施例3:
(1) 將0.1份席夫堿B溶解分散100份水；
(2) 在攪拌條件下將9份鹽酸溶液在上述體系中；
(3) 在攪拌條件下將5份苯胺溶解在上述體系中；形成組份A;,
(4) 將20份過硫酸銨溶解在40份水中形成組份B;
(5) 在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1，0ml/min 5.0ml/min，滴加完畢后，繼續(xù)反應2 10小時，反應溫度控制在0°C 5°C 之間；
(6) 將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；
(7) 用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5M 4.0M，摻雜 的時間為2 10小時；
(8) 洗滌后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa 0.9MPa，干燥的溫度為6(TC 10(TC。
實施例4:
(1) 將5份席夫堿B溶解分散在200份水中；
(2) 在攪拌的條件下將20份鹽酸溶解在上述體系中；
(3) 在攪拌條件下加入10份苯胺形成組份A;
(4) 將50份過硫酸銨溶解在50份水溶性有機溶劑中形成組份B;(5) 在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1.0 ml/min
5.0ml/min;滴加完畢后繼續(xù)反應2 10小時，反應溫度控制在0°C 5°C 之間；
(6) 將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；
(7) 用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5 M 4.0M，摻
雜的時間為2 10小時；
(8) 洗滌后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa
0.9MPa，干燥的溫度為60°C 100°C。
實施例5:
(1) 將水與水溶性有機溶劑按體積比2: 3的比例混合形成400份的均相體系；
(2) 將3份席夫堿B溶解分散在上述體系中；
(3) 在攪拌條件下將9份鹽酸溶解在上述溶液中；
(4) 在攪拌條件下加入5份苯胺形成組份A;
(5) 將25份過硫酸銨溶解在水與水溶性有機溶劑按體積比2: 3的比例混合形 成的50份的均相體系中形成組份B;
(6) 在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1.0ml/min 5.0ml/min，滴加完畢后，繼續(xù)反應2 10小時，反應溫度控制在0°C 5'C 之間；
(7) 將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；
(8) 用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5M 4.0M，摻雜 的時間為2 10小時；
洗漆后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa 0.9MPa， 干燥的溫度為6(TC 10(TC。本發(fā)明以含有碳氮雙鍵官能團的席夫堿為種子、水與水溶性有機溶劑組成的均相 體系為反應介質(zhì)，通過種子聚合法以鹽酸為摻雜酸來制備聚苯胺納米棒，這樣既有利 于利用席夫堿分子結(jié)構(gòu)可調(diào)、分子結(jié)構(gòu)與聚苯胺分子結(jié)構(gòu)相似等特點引發(fā)苯胺的定向 聚合制備聚苯胺納米棒，而且采用水與水溶性有機溶劑為反應體系，避免了界面聚合 及乳液聚合中油相有機溶劑的環(huán)境污染問題，另外水溶性有機溶劑也是許多聚合物的 良溶劑，為制備聚苯胺導電復合材料提供了新的研究思路，具有較大的實用價值。按 本發(fā)明提供的以席夫堿為種子、以水與水溶性有機溶劑形成的均相體系為反應介質(zhì)合 成的聚苯胺納米棒，其形貌參數(shù)可以通過改變種子席夫堿的分子結(jié)構(gòu)、用量、水溶性 有機溶劑的體積含量、摻雜酸的濃度、反應時間及反應溫度等反應參數(shù)來控制。
權利要求
1、一種聚苯胺納米棒的制備方法，其特征在于步驟如下步驟1、將0.1～5.0份席夫堿溶解分散在30～150份水與水溶性有機溶劑組成的均相體系中；步驟2、在攪拌條件下將鹽酸5～20份溶解在上述均相體系中形成鹽酸溶液；步驟3、在攪拌條件下加入2～10份苯胺形成組份A；步驟4、在攪拌條件下將組份B連續(xù)逐滴滴加到組份A中，滴加速度為1.0ml/min～5.0ml/min，滴加完畢后，繼續(xù)反應2～10小時，反應溫度控制在0℃～5℃之間；所述的組份B是將4～50份氧化劑過硫酸銨溶解在20～400份水與水溶性有機溶劑形成的均相體系中形成組份B；步驟5、將反應產(chǎn)物過濾后分別用甲醇、丙酮和去離子水洗滌至濾液無色；步驟6、用鹽酸水溶液進行二次摻雜，二次摻雜用的鹽酸濃度為0.5M～4.0M，摻雜的時間為2～10小時；步驟7、洗滌后真空干燥即得到聚苯胺納米棒，真空干燥時的真空度為0.6MPa～0.9MPa，干燥的溫度為60℃～100℃；上述步驟中各組份單位為質(zhì)量份。
2、 根據(jù)權利要求1所述的聚苯胺納米棒的制備方法，其特征在于所述的席夫堿為 一種含有碳氮雙鍵官能團的有機高分子，其數(shù)均分子量為500 20000。
3、 根據(jù)權利要求1所述的聚苯胺納米棒的制備方法，其特征在于所述的水溶性有 機溶劑為醇類或酮類能與水形成均相體系的有機溶劑，其中水溶性有機溶劑的體 積含量為0 100%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚苯胺納米棒的制備方法，技術特征在于以含有碳氮雙鍵官能團的席夫堿為種子、水與水溶性有機溶劑組成的均相體系為反應介質(zhì)，通過種子聚合法以鹽酸為摻雜酸來制備聚苯胺納米棒，這樣既有利于利用席夫堿分子結(jié)構(gòu)可調(diào)、分子結(jié)構(gòu)與聚苯胺分子結(jié)構(gòu)相似等特點引發(fā)苯胺的定向聚合制備聚苯胺納米棒，而且采用水與水溶性有機溶劑為反應體系，避免了界面聚合及乳液聚合中油相有機溶劑的環(huán)境污染問題，另外水溶性有機溶劑也是許多聚合物的良溶劑，為制備聚苯胺導電復合材料提供了新的研究思路，具有較大的實用價值。
文檔編號C08G73/02GK101302293SQ20081015026
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權日2008年7月4日
發(fā)明者吳有明, 王東紅, 英 黃, 齊暑華 申請人:西北工業(yè)大學