自分散型导电聚苯胺／硅复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚苯胺／硅复合材料的制备方法，其特征是，在弱酸性溶液中使正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）在无机酸掺杂的导电聚苯胺表面发生水解缩合，制备自分散型导电聚苯胺／硅复合材料。该复合材料的特点是具有良好的导电性和热稳定性，且不需要再借助任何分散剂就可以分散在无水乙醇或水介质中，并形成稳定的分散体系。它即可以和许多水溶性或醇溶性的高分子材料共混，并通过铸涂或蒸发的方法制备出性能优异的导电高分子薄膜，也可以作为填料制备具有抗静电或防腐功能的涂料。本发明专利技术阐述的制备方法简单易行，对环境无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种。技术背景在20世纪中期发展起来的众多功能高分子中，导电高分子是最突出的代表 之一。由于导电高分子具有一系列独特的物理和化学性能，因此可广泛用于开发 多功能材料和器件。相对于其它导电高分子而言，聚苯胺具有原料易得、合成简 便以及良好的环境稳定性等优点。因此，尽管开发时间较晚，却一跃成为导电高 分子研究领域的热点之一。然而导电聚苯胺是难溶解、难熔融的，这就极大地限 制了它的应用。因此像其它导电高分子一样，可加工性问题是导电聚苯胺得以实 际应用的关键，也是自上个世纪90年代以来人们一直致力于解决的难题。解决 这一难题的一个重大突破是采用有机酸作为掺杂剂。研究结果表明，经有机酸掺 杂的导电聚苯胺可以溶解在与这些酸兼容的有机溶剂中。这一发现在一定程度上 解决了导电聚苯胺的加工性问题，但在合成与应用过程中大量使用的有机酸和有 机溶剂也带来严重的环境污染，增加了工业废水处理的难度和成本。此外，通过 对苯胺单体进行改性，制备其衍生物或制备苯胺与其它可溶性高分子的共聚物也可以不同程度地改善导电聚苯胺的溶解性，但这些方法往往都是以牺牲导电性为 代价的。解决导电聚苯胺可加工性的另一有效途径是通过原位氧化聚合法直接制 备导电聚苯胺和其它材料的复合材料，尤其是导电聚苯胺与其它无机材料的复合 材料。尽管采用不同方法制备导电聚苯胺/硅复合材料的研究已有很多报道，但 通过正硅酸乙酯(TEOS)在无机酸掺杂的导电聚苯胺表面水解縮合，制备自分 散型导电聚苯胺/硅复合材料的研究尚无公开报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过正硅酸乙酯(TEOS)在无机酸掺杂的导电聚苯胺表 面水解縮合，制备自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的方法，具体制备方法如下: (1)将一定量经二次蒸馏的苯胺单体加入到含有1M 2M盐酸或硫酸的水溶液中，在搅拌条件下加入过硫酸铵氧化剂水溶液，并控制苯胺与过硫酸铵的摩 尔比在1:0.5 1:1.5之间。随后反应物在无搅拌条件下氧化聚合3 10小时，聚 合反应的温度控制在15'C 2(TC之间。最后产物用去离子水反复洗涤，并真空 抽滤至布什漏斗底部无水珠滴出为止，所得到聚苯胺的含水率在350~550%之 间。(2) 取一定量的正硅酸乙酯(TEOS)和无水乙醇置于烧杯中，控制两者的 体积比在1:0.5 1:2.5之间，超声分散片刻使溶液混合均匀。(3) 称取步骤(1)所制得的未经干燥的聚苯胺，加入到步骤(2)所制得的 TEOS与无水乙醇的混合溶液中，控制聚苯胺与TEOS的质量比在1:15 1:100 之间；再超声分散5 20分钟，以便聚苯胺在溶液中分散均匀。(4) 在步骤(3)制得的聚苯胺的均匀分散体系中滴入几滴稀盐酸或硫酸溶液， 使分散体系呈弱酸性(pH=3.5 5.5)。添加一定量的去离子水，控制分散体系中 TEOS与去离子水的摩尔比为1:1 1:8，超声5 30分钟后，再搅拌5 36小时 然后将搅拌后的产物过滤、洗涤，在3(TC 50'C的真空条件下干燥，得到自分 散型导电聚苯胺/硅复合材料的绿色粉末。在步骤(4)中，在对超声后的分散体系进行搅拌时，先在盛有上述分散体 系的烧杯上盖上一层带孔的保鲜膜，再于10'C 2(TC的条件下磁力搅拌，控制 搅拌速率在50 150r/min之间。在步骤(1)中，合成聚苯胺时氧化剂的加入采用快速加料法， 一次将过硫酸 铵氧化剂水溶液全部倒入苯胺的盐酸或硫酸水溶液中，且控制苯胺单体与过硫酸 铵的摩尔比在1:0.5 1:1.5之间。 有益效果本专利技术具有如下优点(1)提供了一种简单易行，且具有良好导电性和热稳 定性的。这必将极大地拓宽导电聚 苯胺的应用范围，创造巨大的经济效益。(2)自分散型导电聚苯胺/硅复合材料 为绿色粉末，它不需要再借助任何分散剂就可以在无水乙醇和水介质中形成稳定 的分散体系；因此使用过程更加方便、节能和环保。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明，其目的仅在于更好的理解本专利技术的内容而非限制本专利技术的保护范围。实施例1取lml经过二次蒸馏的苯胺单体加入到80ml含有2M盐酸水溶液的三口烧 瓶中，在搅拌条件下加入20ml 0.25M的过硫酸铵氧化剂水溶液，以便溶液混合 均匀。在18'C无搅拌条件下氧化聚合10小时，随后用去离子水反复洗涤，并真 空抽滤至布什漏斗底部无水珠滴出为止，聚苯胺的含水率为350%。量取22ml 的TEOS和llml的无水乙醇于烧杯中，超声分散片刻使溶液混合均匀。加入l.Og 未经干燥的聚苯胺，超声分散10分钟，随后在聚苯胺的均匀分散体系中滴入几 滴稀盐酸溶液，使分散体系呈酸性(pH=3.5)。添加l.Oml去离子水，再超声5 分钟。在盛有上述分散体系的烧杯上盖上一层扎孔的保险膜，并在l(TC条件下 磁力搅拌反应5小时，搅拌速率为50r/min。产物经过滤、洗涤后，在30'C条件 下真空干燥得到绿色的粉末。该复合材料的室温电导率为2.3S/cm，在空气中的 热分解温度为36(TC，且不需要借助于任何分散剂即可分散在无水乙醇和水介质 中，分散体系在室温下分别放置30天(无水乙醇)和IO天(水介质)左右无沉 降分层现象。实施例2取lml经过二次蒸馏的苯胺单体加入到80ml含有1.5M盐酸水溶液的三口 烧瓶中，在搅拌条件下加入20ml 0.25M的过硫酸铵氧化剂水溶液，以便溶液混 合均匀。在18'C无搅拌条件下氧化聚合5小时，随后用去离子水反复洗涤，并 真空抽滤至布什漏斗底部无水珠滴出为止，聚苯胺的含水率为400%。量取22ml 的TEOS和1 lml的无水乙醇于烧杯中，超声分散片刻使溶液混合均匀。加入1.5g 未经干燥的聚苯胺，超声分散5分钟，随后在聚苯胺的均匀分散体系中滴入几滴 稀盐酸溶液，使分散体系呈酸性(pH=3.5)。添加1.0ml去离子水，再超声10分 钟。在盛有上述分散体系的烧杯上盖上一层扎孔的保险膜，并在15'C条件下磁 力搅拌反应8小时，搅拌速率为50r/min。产物经过滤、洗涤后，在4(TC条件下 真空干燥得到绿色的粉末。该复合材料的室温电导率为2.8S/cm，在空气中的热 分解温度为358°C，且不需要借助于任何分散剂即可分散在无水乙醇和水介质中，分散体系在室温下分别放置30天(无水乙醇)和10天(水介质)左右无沉 降分层现象。实施例3取lml经过二次蒸馏的苯胺单体加入到80ml含有1M盐酸水溶液的三口烧 瓶中，在搅拌条件下加入20ml 0.75M的过硫酸铵氧化剂水溶液，以便溶液混合 均匀。在18'C无搅拌条件下氧化聚合3小时，随后用去离子水反复洗涤，并真 空抽滤至布什漏斗底部无水珠滴出为止，聚苯胺的含水率为400%。量取22ml 的TEOS和llml的无水乙醇于烧杯中，超声分散片刻使溶液混合均匀。加入1.5g 未经干燥的聚苯胺，超声分散10分钟，随后在聚苯胺的均匀分散体系中滴入几 滴稀盐酸溶液，使分散体系呈酸性(pH=4)。添加1.0ml去离子水，再超声5分 钟。在盛有上述分散体系的烧杯上盖上一层扎孔的保险膜，在15。C条件下磁力 搅拌反应5小时，搅拌速率为50r/min。产物经过滤、洗涤后，在4(TC条件下真 空干燥得到绿色的粉末。该复合材料的室温电导率为3.7S/cm，在空气中的热分 解温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自分散型导电聚苯胺／硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：（１）将一定量经二次蒸馏的苯胺单体加入到含有１Ｍ～２Ｍ盐酸或硫酸的水溶液中，在搅拌条件下加入过硫酸铵氧化剂水溶液，并控制苯胺与过硫酸铵的摩尔比在１∶０．５～１∶１．５之间，随后反应物在无搅拌条件下氧化聚合３～１０小时，聚合反应的温度控制在１５℃～２０℃之间，最后产物用去离子水反复洗涤，并真空抽滤至布什漏斗底部无水珠滴出为止，所得到聚苯胺的含水率在３５０～５５０％之间；（２）取一定量的正硅酸乙酯和无水乙醇置于烧杯中，控制正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比在１∶０．５～１∶２．５之间，超声分散片刻使溶液混合均匀；（３）称取步骤（１）所制得的未经干燥的聚苯胺，加入到步骤（２）所制得的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液中，控制聚苯胺与正硅酸乙酯的质量比在１∶１５～１∶１００之间，再超声分散５～２０分钟，以便聚苯胺在溶液中分散均匀；（４）在步骤（３）制得的聚苯胺的均匀分散体系中滴入几滴稀盐酸或硫酸溶液，使分散体系的ｐＨ＝３．５～５．５，添加一定量的去离子水，控制分散体系中正硅酸乙酯与去离子水的摩尔比为１∶１～１∶８，超声５～３０分钟后，再搅拌５～３６小时；然后将所得产物过滤、洗涤，在３０℃～５０℃的真空条件下干燥，得到自分散型导电聚苯胺／硅复合材料的绿色粉末。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李星玮，代娜，王庚超，潘仕荣，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]