一種可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維及其制備方法，其采用無皂乳液聚合法，以采用大分子質(zhì)子酸反丁烯二酸為摻雜劑摻雜聚苯胺，利用其表面活化作用，提高了聚苯胺的溶解性，并使得聚苯胺分子內(nèi)和分子之間的構(gòu)象更利于分子鏈上電荷離域化，從而提高產(chǎn)品的電導(dǎo)率。該摻雜過程“一步”完成；反應(yīng)后，無需繁瑣的后處理工序。因而，工藝簡單、易控制、無污染、產(chǎn)率較高、成本低，適合規(guī)?；肮I(yè)化生產(chǎn)；所制備出的聚苯胺納米纖維具有較高的電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性和溶解性，適于化學(xué)傳感器、電池、分子電子器件、防腐蝕材料和分離膜、發(fā)光二極管顯示器件、電磁屏蔽材料、能量儲存器件等方面的應(yīng)用。
【專利說明】-種可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚苯胺納米纖維及其制備方法，尤其涉及一種可溶性導(dǎo)電聚苯胺 納米纖維及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 聚苯胺因具有原料價廉易得、合成簡便、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、獨(dú)特的慘 雜機(jī)制、可調(diào)的電導(dǎo)率、較輕的密度、能進(jìn)行快速與可逆的氧化還原反應(yīng)、可儲存高密度的 電荷等優(yōu)點(diǎn)，而成為目前最有希望獲得實(shí)際應(yīng)用的導(dǎo)電聚合物。一維納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺結(jié) 合了有機(jī)導(dǎo)體和一維體系的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生了有意義的物理化學(xué)性能，具有潛在的應(yīng)用價值。
[0003] 聚苯胺納米纖維具有不同于本體聚苯胺的電子、光學(xué)、化學(xué)和熱性能，在構(gòu)造納米 尺度的電子、光電子、電化學(xué)W及電機(jī)械裝置的相互連接和功能單元等方面具有重要的作 用。與普通顆粒聚苯胺相比，聚苯胺納米纖維具有較高的靈敏度和響應(yīng)速度、更高的容量和 更多的充/放電次數(shù)、較高的光熱轉(zhuǎn)換效率和低的熱傳導(dǎo)率、穩(wěn)定的場發(fā)射行為、較低的臨 界發(fā)射電壓和較高的發(fā)射電流密度。因此聚苯胺納米纖維在化學(xué)和生物傳感器、人工肌肉、 防腐涂層、電容器、離子交換、二次電池、電致變色等方面有著極廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，聚苯胺納米纖維的制備方法可W分為物理途徑和化學(xué)途徑兩大類。 其中，物理途徑具有設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)量小等缺點(diǎn)，難W進(jìn)行大規(guī)模制備；
[0005] 化學(xué)途徑可W分為電化學(xué)法和化學(xué)法。其中，電化學(xué)聚合法可W通過控制氧化還 原電壓，精確控制納米纖維的尺寸和聚合速率，合成比電容更高、穩(wěn)定性更好的納米結(jié)構(gòu)聚 苯胺。但是，其主要缺陷在于受電極面積所限制，難W得到大量的產(chǎn)物，不適合大規(guī)模生 產(chǎn)；
[0006] 化學(xué)法又可W分為模板法和無模板法，其中，模板法又包括硬模板法和軟模板法。 雖然硬模板法是制備聚苯胺納米纖維的有效方法，但是除去模板的后處理過程比較繁雜而 且容易引起模板內(nèi)聚苯胺納米結(jié)構(gòu)的破壞。軟模板法是一種在表面活性劑分子、大分子酸 或者DNA分子等的存在下合成聚苯胺納米纖維的方法，但是后處理麻煩且產(chǎn)率較低。常見 的無模板法包括界面聚合法、快速混合法、超聲波聚合法等。其中界面聚合法需要耗費(fèi)大量 的有機(jī)溶劑，很難適應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)的需要；快速混合法只適用于在稀溶液中合成聚苯胺納 米纖維，且低溫、攬拌等不利于納米纖維的生成；超聲波聚合法雖然制備過程較簡單，但超 聲波的剪切作用會導(dǎo)致制得的聚苯胺納米纖維長度十分有限。例如：
[0007] 中國專利申請CN 102050947 B公開了一種聚苯胺納米纖維的乳液聚合物及制備 方法，其W過硫酸饋為氧化劑、W帶負(fù)電的陰離子十二焼基苯賴酸軸為乳液聚合的模板劑、 W水與水溶性膠束的體系為反應(yīng)介質(zhì)、在油與水相界面處由氧化劑引發(fā)苯胺單體聚合形成 聚苯胺納米纖維。
[0008] 該制備方法屬于軟模板法，其主要不足之處在于，后處理麻煩、產(chǎn)率低。
[0009] 中國專利申請CN 1323199C公開了一種導(dǎo)電高分子聚苯胺納米纖維的制備方法， 其通過在普通聚苯胺化學(xué)氧化聚合過程中引入超聲波，制備出了直徑為20?lOOnm的聚苯 胺納米纖維。
[0010] 但，該種制備方法必須W超聲波為反應(yīng)的條件，反應(yīng)條件相對苛刻，且其工藝也較 復(fù)雜。
[0011] 中國專利申請CN 103408754 A公開了一種聚苯胺納米纖維的制備方法，其通過將 苯胺聚合束縛在較細(xì)的反應(yīng)管中，通過反應(yīng)液的自由流動誘導(dǎo)聚苯胺分子鏈的取向，進(jìn)而 得到纖維的直徑和長度可控的聚苯胺納米纖維。
[0012] 但該種制備方法，工藝繁瑣、且設(shè)備要求高。
[0013] 中國專利申請CN 101942090 B公開了一種納米纖維聚苯胺的制備方法，其W苯胺 單體和無機(jī)酸為原料，在室溫條件下利用電化學(xué)單極脈沖法氧化聚合制備納米纖維狀聚苯 胺。
[0014] 但該種電化學(xué)法制備過程復(fù)雜、產(chǎn)量小。
[0015] 而且，上述現(xiàn)有技術(shù)中，均采用小分子質(zhì)子酸慘雜聚苯胺的技術(shù)手段，其穩(wěn)定性和 可溶性差，且可加工性較差，限制了其推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的之一是，提供一種在N-甲基化咯焼麗中的溶解度高、導(dǎo)電性能好、 熱穩(wěn)定性能好的可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維。
[0017] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維， 其特征在于，結(jié)構(gòu)式為
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維，其特征在于，結(jié)構(gòu)式為
其在N-甲基吡咯烷酮中的溶解度為2. 8Kg/L; 電導(dǎo)率為I. 8X1(Γ3-3· 05Xl(T2S/cm; 直徑為150±25nm; 在200°C以下，可穩(wěn)定存在。
2. 如權(quán)利要求1所述的可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟： 第一步，原料制備步驟： a. 用去離子水、分析純過硫酸銨和分析純反丁烯二酸，分別配制摩爾濃度為 0· 25-lmol/L的過硫酸銨溶液和摩爾濃度0· 25-lmol/L的反丁烯二酸乳液； b. 按苯胺與反丁烯二酸的摩爾比為4 : 1-4的比例，將經(jīng)二次減壓蒸餾的分析純苯胺 加入到上述反丁烯二酸酸乳液中，攪拌均勻，制得苯胺鹽乳液； 第二步，在室溫下，或者5°C的低溫恒溫反應(yīng)槽中，合成可溶性導(dǎo)電聚苯胺納米纖維的 步驟： a. 按過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1-1.5 : 1的比例，邊攪拌、邊將上述過硫酸銨溶液緩 慢滴加到上述苯胺鹽乳液中，持續(xù)攪拌直至反應(yīng)完全； b. 用砂芯漏斗進(jìn)行抽濾，并用去離子水洗滌至濾液澄清無色，得到濾餅； c. 將上述濾餅置于真空干燥箱中，在60°C溫度下干燥24h，即得成品。
【文檔編號】C08G73/02GK104448304SQ201410681659
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】王延敏, 李慧敏, 李廷希 申請人:山東科技大學(xué)