一种高导电性能复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高导电性能复合材料及其制备方法，涉及复合材料技术领域。制备方法为：以生物质炭或改性生物质炭为掺杂剂，将其分散在水中，加入苯胺，溶胀1～3h，加入阴离子表面活性剂和乳化剂，搅拌反应得到混合液。在混合液中加入质子酸，在‑5～4℃条件下，滴加氧化剂，搅拌反应得到乳液。对乳液进行破乳、过滤、分离、洗涤、干燥，得到高导电性能复合材料。利用生物质炭特殊的性能和微孔结构，作为掺杂剂，采用乳液聚合法得到导电聚苯胺，有效提高了导电聚合物的导电性能。

A composite material with high electrical conductivity and its preparation method

The invention provides a composite material with high conductivity and a preparation method thereof, which relates to the technical field of composite materials. The preparation method is as follows: using biomass carbon or modified biomass carbon as dopant, dispersing it in water, adding aniline, swelling for 1 to 3 hours, adding anionic surfactant and emulsifier, and stirring reaction to obtain the mixed liquid. Adding the protonic acid in the mixed solution, adding the oxidant and stirring the reaction to obtain the emulsion at 5~4 degrees centigrade. The emulsion was demulsifying, filtering, separating, washing and drying to obtain high conductivity composite materials. The conductive polyaniline can be obtained by emulsion polymerization using the special properties and microporous structure of biomass charcoal as dopant, and the conductivity of conductive polymer is effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
一种高导电性能复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，且特别涉及一种高导电性能复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚苯胺是一种具有广泛应用的高分子化合物，由于具有良好导电性、环境稳定性、制备工艺简单、原材料价廉易得等优点，使其大量用于抗静电涂料、防污防腐涂料、锂离子电池、超级电容器微波和雷达吸波材料等方面有着广泛的应用。聚苯胺的掺杂多采用一种有机酸或无机酸掺杂，得到的聚苯胺的导电性能不高，不能适应多方面的需要。随着石油、煤炭等资源的枯竭以及工业污染和环境恶化，能源与可持续发展成为人们关注的焦点。如何对资源进行充分利用是人类面临的一个重大挑战。自然界存在许多可再生的废弃资源，例如稻壳、椰壳、秸秆以及木基材料等，均可以将其开发成生物质炭材料。多孔的生物质炭的电导率高、比表面积大但能量密度低的特点。聚苯胺的优点是能量密度高但电导率低，将生物质炭和聚苯胺复合有期望得到电导性好、能量密度高的超级电容器电极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高导电性能复合材料的制备方法，以生物质炭为掺杂剂，制备方法简单、资源利用率高。本专利技术的另一目的在于提供一种高导电性能复合材料，通过生物质炭和聚苯胺复合，得到电导率高的材料，应用前景广阔。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种高导电性能复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将掺杂剂分散在水中，加入苯胺，溶胀1～3h，加入阴离子表面活性剂和乳化剂，搅拌反应得到混合液，所述掺杂剂为生物质炭或改性生物质炭；S2，在所述混合液中加入质子酸，在-5～4℃条件下，滴加氧化剂，搅拌反应得到乳液；S3，对所述乳液进行破乳、过滤、分离、洗涤、干燥，得到高导电性能复合材料。本专利技术提出一种高导电性能复合材料，根据上述的制备方法制得。本专利技术实施例的高导电性能复合材料及其制备方法的有益效果是：利用生物质炭或改性生物炭作为掺杂剂，原料来源丰富，成本低廉。既能够实现制备成本的控制，又能对实现对废弃的生物质的资源化利用。生物质炭具有发达的孔隙、大的比表面积和强的吸附能力，导电率高。将生物质炭作为掺杂剂，采用乳液聚合法得到高导电性能的聚苯胺复合材料，有效提高了导电聚合物的导电性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例的高导电性能复合材料的制备方法的流程图；图2为试验例1中，改变HCl用量的电导率变化图；图3为试验例1中，改变过硫酸铵用量的电导率变化图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的高导电性能复合材料及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供一种高导电性能复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将掺杂剂分散在水中，加入苯胺，溶胀1～3h，加入阴离子表面活性剂和乳化剂，搅拌反应得到混合液，所述掺杂剂为生物质炭或改性生物质炭；S2，在所述混合液中加入质子酸，在-5～4℃条件下，滴加氧化剂，搅拌反应得到乳液；S3，对所述乳液进行破乳、过滤、分离、洗涤、干燥，得到高导电性能复合材料。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，生物质炭选自竹炭或炭化芦苇中的一种或混合物。竹子和芦苇均属于非木材资源，产量高，常常被废弃或作为燃烧料，造成极大的浪费。对竹子和芦苇进行生物质炭资源化利用，能够提高芦苇和竹子的经济价值，社会效益和经济效益高。在本实施例中，生物质炭优选为炭化芦苇，制备方法为：将芦苇茎干燥后粉碎，分散于质量分数为35％的磷酸溶液中，送入微波室，在130℃条件下微波5min，然后分离干燥，在N2气氛下580～620℃热解炭化0.5～1h，升温速率为8～12℃/min，然后以4～6℃/min降温到310～330℃退火15～20min。得到的炭化芦苇用蒸馏水洗涤数次后干燥并过60目筛。炭化芦苇的比表面积达到230m2/g以上。制备过程中，磷酸结合微波法对芦苇茎进行活化然后再进行炭化，能够使得生物质炭形成的孔洞均匀，介孔数量高，且提高表面官能团的含量。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，改性生物质炭的制备方法为：将磺化壳聚糖分散在柠檬酸溶液中，加入生物质炭，搅拌5-6h，得到混合液；在所述混合液中滴加硅烷偶联剂，搅拌2～4h，分离、洗涤、干燥得到改性生物质炭。进一步地，磺化壳聚糖、柠檬酸、生物质炭的质量比为1:1:10～14。硅烷偶联剂优选为KH550，用量为生物质炭的1～2％。对生物质炭进行改性处理，磺化壳聚糖是一种活性多糖，具有多孔结构和成膜性能，磺化壳聚糖和生物质炭偶联能够形成更大的高分子，增强生物质炭的吸附能力。且使得生物质炭形成更多官能团，如磺基、羟基等，在苯胺的乳液聚合过程中，可以起到交联作用，将聚苯胺分子链交联在一起，这种交联结构可以在充放电过程中抑制聚苯胺分子链的聚集结构的坍塌。可以理解的是，本实施例的磺化壳聚糖可以通过现有的方法制备，例如将5g壳聚糖和70mL浓硫酸在冰盐浴中反应3h，加入35mL乙醇在冰盐浴中沉淀1h，离心、洗涤、干燥得到磺化壳聚糖。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，掺杂剂与苯胺的质量比为1～5:4。优选地，掺杂剂与苯胺的质量比为3～4:4，在该比例下，复合材料的导电率达到最优。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸，乳化剂选自Op-10、Db-45、十六醇中的一种或多种。优选地，乳化剂选用Op-10。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，质子酸选自盐酸、硫酸、对甲苯磺酸中的一种或多种。更为优选地，质子酸选用盐酸，得到的产物导电率更高。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，步骤S2中，所述质子酸的浓度为0.09～0.15mol/L。更为优选地，述质子酸的浓度为0.13mol/L。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，氧化剂选自(NH4)2S2O8、K2Cr2O7、FeCl3、FeCl4、CuCl2、KIO3中的一种或多种。更为优选地，氧化剂选自(NH4)2S2O8，(NH4)2S2O8不含金属离子，氧化能力强，用其作氧化剂得到的聚合物具有更佳的导电性能。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，氧化剂与苯胺的摩尔质量比为1～2:1。更为优选地，滴加氧化剂的过程中，边滴加边进行研磨，例如用玛瑙研磨球以350转/分钟进行研磨，在30min内滴加完毕。滴加结束后，搅拌反应至得到墨绿色乳液。进一步地，步骤S3中，乳液用丙酮进行破乳，过滤分离后，用去离子水洗涤，干燥得到高导电性能复合材料。一种高导电性能复合材料，根据上述的制备方法制得，得到的聚苯胺/生物质炭复合材料或聚苯胺/改性生物质炭的复合材料即为高导电性能复合材料，导电率达到1.6S·cm-1。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种高导电性能复合材料，根据以下步骤制得：(1)将4g竹炭分散在500mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电性能复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将掺杂剂分散在水中，加入苯胺，溶胀1～3h，加入阴离子表面活性剂和乳化剂，搅拌反应得到混合液，所述掺杂剂为生物质炭或改性生物质炭；S2，在所述混合液中加入质子酸，在‑5～4℃条件下，滴加氧化剂，搅拌反应得到乳液；S3，对所述乳液进行破乳、过滤、分离、洗涤、干燥，得到高导电性能复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高导电性能复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将掺杂剂分散在水中，加入苯胺，溶胀1～3h，加入阴离子表面活性剂和乳化剂，搅拌反应得到混合液，所述掺杂剂为生物质炭或改性生物质炭；S2，在所述混合液中加入质子酸，在-5～4℃条件下，滴加氧化剂，搅拌反应得到乳液；S3，对所述乳液进行破乳、过滤、分离、洗涤、干燥，得到高导电性能复合材料。2.根据权利要求1所述的高导电性能复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物质炭选自竹炭或炭化芦苇中的一种或混合物。3.根据权利要求1所述的高导电性能复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性生物质炭的制备方法为：将磺化壳聚糖分散在柠檬酸溶液中，加入生物质炭，搅拌5-6h，得到混合液；在所述混合液中滴加硅烷偶联剂，搅拌2～4h，分离、洗涤、干燥得到改性生物质炭。4.根据权利要求1所述的高导电性能复合材料的制备方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄凰龙，吴艳玲，应少明，
申请(专利权)人：宁德师范学院，
类型：发明
国别省市：福建,35