本发明专利技术涉及一种聚吡咯／有机蒙脱土纳米复合材料，由钠基蒙脱土用聚乙烯吡咯烷酮进行有机化插层改性后，以水为介质，在掺杂剂存在的条件下，通过氧化剂使进入有机改性蒙脱土层间的吡咯单体发生化学氧化聚合反应得到。所述聚吡咯／有机蒙脱土纳米复合材料可以用作聚酰胺固化的环氧树脂乳液的导电添加剂，以制备水性环氧系列抗静电涂料、密封胶及胶粘剂等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机/无机纳米复合材料领域，更详细的是导电聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料。本专利技术还涉及所述纳米复合材料的制备方法。本专利技术还涉及所述纳米复合材料的应用。
技术介绍
导电聚合物通常是不溶不熔的，它极大地限制了导电聚合物的加工和广泛应用。因此，自20世纪80年代后期以来，提高导电聚合物的可加工性，以进一步实现导电聚合物材料的工业化应用，成为导电聚合物的一个重要研究开发方向。将纳米的概念引入到导电聚合物材料的研究中虽只是近几年的事情，但因导电聚合物纳米复合材料集聚合物的导电性与纳米颗粒的功能性于一体，具有良好的应用前景，从而迅速地成为纳米复合材料领域的一个重要研究方向。美国、日本等国家在导电聚合物纳米复合材料方面已经进行了较多的研究探讨，并取得了可喜的进展，为导电聚合物材料的开发和应用开辟了新的蹊径，已经开发了可形成稳定水分散胶体形式的聚苯胺/二氧化硅、聚吡咯/二氧化硅、聚N-乙烯基咔唑/二氧化硅、聚N-乙烯基咔唑/二氧化锰，以及聚苯胺包覆的纳米硫酸钡、聚吡咯包覆的氧化铜(CuO)，聚吡咯/三氧化二铁(Rupali G，et al.Polypyrrole-ferric oxide conducting nanocompositesI.synthesis and characterization.European PolymerJournal.1999，351985-1992)和聚苯胺/蒙脱土(Zeng Q H，etal.Synthesis of polymer-montmorillonite nanocomposites by in situintercalative polymerization.Nanotechnology，2003，13549-553)等复合材料。目前，这一类型的纳米复合材料主要包括包覆型、插层型以及表面带有功能基团的导电聚合物纳米复合材料，而且以包覆型为主，即有机单体在无机微粒表面聚合包覆一层导电聚合物，以达到无机粒子的物理机械性能和导电聚合物导电性能结合的目的。插层型导电聚合物纳米复合材料是近年来研究开发出来的一种新型复合功能材料，主要采用插层聚合制备。插层聚合是指将单体插入层状或多孔状无机物的片层或孔隙之间，再引发聚合，从而得到有机/无机混杂复合物。许多无机化合物如硅酸盐类、磷酸盐类、石墨、金属氧化物、硫化物等都具有典型的层状结构，而且其层间距通常与分子尺寸相当，因而理论上可以实现无机相与有机相在分子水平或者纳米水平的复合，从而赋予该类插层复合物优异的性能。其中最重要和广泛应用的一种是蒙脱土(MMT)，利用蒙脱土制备导电聚合物纳米复合材料具有不可替代的优越性(1)导电聚合物的单体容易通过离子交换或单体中的某些功能化基团与片层的相互作用等方式进入蒙脱土的层间，而且蒙脱土还可通过某些有机插层剂进行插层改性后，层间距进一步增大，更有利于单体插层进入，同时还可以形成配位作用，插入层间的单体很难重新脱离。(2)蒙脱土是一种二维有序的层状结构，单体插入层间之后，引发剂仍能进入并且在层间引发聚合。(3)相对于导电聚合物的氧化聚合反应，MMT是一种不具有氧化性质的惰性主体，因而被插入到层间的单体的聚合不会受到干扰且容易控制。然而，目前用于蒙脱土有机化改性的主要是低分子有机季铵盐类插层剂(王云普，等.微波法制备有机蒙脱土.西北师范大学学报(自然科学版)，2004，40(2)39-41)，在应用中存在层间距增加幅度不够大，单体进入仍有一定困难，环境稳定性和热稳定性差等不足。目前制备抗静电涂料、密封胶和胶粘剂所用的导电添加剂主要包括各种导电填料，或有机抗静电剂。其中导电填料包括金属粉末填料，如银、镍、铜、铝、锌、锡、不锈钢等；炭系填料如石墨、炭黑、碳纤维等；金属化合物如氧化锡、氧化锌、硫化铁等；包覆型复合材料，如氧化锡包覆的云母、聚合物表面沉积金属等；有机抗静电剂，如烷基磺酸盐、季铵盐和烷基磷酸盐等。由于通常的导电填料都是无机物，与聚合物结构差异较大，与树脂的相容性较差，需要经过复杂的表面处理，且添加比例大，对涂层的附着力、耐冲击、耐弯曲等物理机械性能影响较大。而抗静电剂大多为低分子有机化合物，其本身电导率较低，还存在容易迁移出聚合物表面消耗掉、抗静电效果受环境的干湿度影响很大、热稳定性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好导电性能和耐热性能的插层型或剥离型的聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料。本专利技术的目的还在于提供所述聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备方法，以水为介质，采用聚乙烯吡咯烷酮对钠基蒙脱土进行有机插层改性后，增大蒙脱土的层间距，利于吡咯单体进入其层间，并在掺杂剂存在的条件下，通过氧化剂使吡咯发生化学氧化聚合，获得具有良好导电性能和耐热性能的插层型或剥离型的聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料。本专利技术的目的还在于提供所述聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料的应用，将这种纳米复合材料用作导电添加剂，制备具有良好导电性能、耐水性、物理机械性能的抗静电涂料、密封胶和胶粘剂。本专利技术所述聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备方法包括钠基蒙脱土用聚乙烯吡咯烷酮进行有机化插层改性后，以水为介质，在掺杂剂存在的条件下，使吡咯单体进入有机蒙脱土层间，并通过氧化剂使吡咯单体发生化学氧化聚合反应得到；所述氧化剂包括三氯化铁、氯化铜、过氧化氢、过硫酸钠或过硫酸铵；所述掺杂剂包括对甲苯磺酸或其钠盐、十二烷基磺酸或其钠盐。本专利技术所述有机蒙脱土的制备方法包括下列步骤(1)、将40-85℃的聚乙烯吡咯烷酮水溶液加入钠基蒙脱土的水分散液中，在40-85℃下搅拌3-24h；(2)、静置冷却至室温后出料，离心分离并洗涤除去杂质；(3)、在80℃真空干燥至恒重后研磨细化，得到白色粉末状的有机蒙脱土；上述原料的重量份数组成如下钠基蒙脱土10-100聚乙烯吡咯烷酮1-20水200-2000钠基蒙脱土的层间距为1.23nm左右，利用这种方法制备的有机蒙脱土层间距达到2.28nm，而一般常用的方法是利用低分子有机季铵盐插层改性制备有机蒙脱土，层间距小于2.00nm。如利用十六烷基三甲基溴化胺改性蒙脱土的层间距只能达到1.89nm。本专利技术所述聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料更具体的制备方法包括如下步骤制得(1)、将有机蒙脱土加40-80℃的水中，搅拌1-5h，形成均匀的水分散液；(2)、降温到0-30℃，搅拌中加入掺杂剂；(3)、滴入定量的吡咯单体，搅拌分散2-10h；(4)、缓慢滴入定量的氧化剂水溶液，滴入时间控制在10-40min，继续在0-30℃下反应3-5h；(5)、静置后出料，离心分离、洗涤除杂质；(6)、在80℃真空干燥至恒重后，研磨细化得到产物。上述原料的重量份数组成如下有机蒙脱土 10-100吡咯 1-50掺杂剂 5-120氧化剂 3-400水 300-5000在上述条件下可以制备出具有良好导电性能的聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料，而且电导率可控制在10-10S·cm-1-15.30S·cm-1，不需表面处理，与环氧树脂等有机聚合物都具有良好的亲合性，相容性及分散性良好。与环氧树脂乳液混合并经聚酰胺固化后，可以制备出电导率在10-10S·cm-1-10-4S·c本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚吡咯／有机蒙脱土纳米复合材料的制备方法，其特征在于：钠基蒙脱土用聚乙烯吡咯烷酮进行有机化插层改性后，以水为介质，在掺杂剂存在的条件下，使吡咯单体进入有机蒙脱土层间，并通过氧化剂使吡咯单体发生化学氧化聚合反应得到；所述氧化剂包括三氯化铁、氯化铜、过氧化氢、过硫酸钠或过硫酸铵；所述掺杂剂包括对甲苯磺酸或其钠盐、十二烷基磺酸或其钠盐。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾幸荣，许均，苏海霞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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