聚苯胺－聚丙烯酸水凝胶的制备方法技术

一种聚苯胺－聚丙烯酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：将丙烯酸类聚合物的水溶液、碱的水溶液混合，再将苯胺加入，再把氧化剂的水溶液加入，反应后可得到块状的聚苯胺－聚丙烯酸水凝胶。它是采用非化学键接的方法，制备简便，且其产物为块状，在水中浸泡就可以去除其所含的杂质，因而该水凝胶的纯化非常容易，具有较高的电导率。由本方法制备的聚苯胺水凝胶中的聚苯胺已由丙烯酸类水凝胶进行了掺杂，因此具有自掺杂的特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制作方法。目前，人们对通过辐射、引发剂引发等化学交联方式制备丙烯酸类水凝胶的研究很多，采用此方法制备水凝胶已非常成熟。例如，在水中加入甲基丙烯酸单体和少量的交联剂——亚乙基双甲基丙烯酸酯，再加入引发剂——偶氮二异丁氰，搅拌均匀后，在60℃下反应8小时，即可得到聚甲基丙烯酸水凝胶。由于需要使用化学交联剂，因此增加了制作工序和生产成本。近年来，还出现了聚苯胺在有机溶液(例如甲酸)和有机酸掺杂剂中形成热可逆聚苯胺凝胶的报道，它是将聚苯胺和掺杂剂(十二烷基磺酸)与甲酸(作为溶剂)混合后，在65℃条件下恒温搅拌24小时，然后，将反应溶液放在一温度为80℃的热板上，使甲酸挥发，最后，在真空60℃下干燥1周，就可获得聚苯胺水凝胶。当高于某一临界温度(该临界温度随凝胶组成不同而异)时，该凝胶会转变成流体；而当温度降至临界温度以下，上述流体又会转变成凝胶。该方法的缺点是必须使用价格较贵且有腐蚀性、刺激性的甲酸作为溶解介质。本专利技术的目的在于提供一利聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，在聚苯胺水凝胶中的聚苯胺由丙烯酸类水凝胶掺杂。本专利技术的技术方案是一种聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤(1)、将200份浓度为2％～15％并且粘均分子量为1万～50万的丙烯酸类聚合物的水溶液、0～200份碱的水溶液混合，在30℃～80℃的温度条件下搅拌均匀后，将溶液冷却至20～30℃，所述的碱的浓度为0～2mol/l，；(2)、将0.5～30份苯胺加入上述冷却至20℃～30℃的溶液中，搅拌使之混合均匀得到混合物，然后，冷却此混合物，直至其温度降为0℃～5℃；(3)、将0℃～5℃的20～260份氧化剂的水溶液加入所述的混合物中搅拌均匀，将其隔氧静止，在0℃～5℃下反应24～72小时，可得到块状的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶，所加入的氧化剂的浓度为0.5～5mol/l。本专利技术采用的方法，以丙烯酸类聚合物的水溶液、碱的水溶液、苯胺、氧化剂和水为原料，利用丙烯酸类聚合物和聚苯胺的非化学键接作用，制备了聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物。与现有技术中的水凝胶的通用制备方法不同，该聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物是通过丙烯酸对聚苯胺的掺杂作用，丙烯酸类大分子间的氢键作用，苯胺大分子间的氢键作用，丙烯酸与苯胺间的氢键作用及两者间的互贯等物理作用形成的三维网络结构。它综合了聚苯胺的导电性能和丙烯酸类水凝胶的体积相变性能。经过研究还发现组成和掺杂程度不同的聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物之间还存在电势差，能组成电池；在脱去部分水分后，这种水凝胶会转变为热塑体，可用热塑成形的方法制成各种形状的导电体。本专利技术之前，尚未有合成块状的聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物的报道。由于是块状的，所以可以方便地测量其电阻率、做成电池等。制得的聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物的电导率为10-3～10-2S/cm；由不同组成或不同掺杂程度的聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物组成的电池，其放电工作电压为0.03～0.8V，比容量为10-4～10+3A·hr/kg；比能量为10-3～10+3w·hr/kg；内阻为102～104Ω。该聚苯胺水凝胶与丙烯酸类水凝胶混合物在一定的温度下(60～100℃)干燥，去除部分水分后，具有良好的热塑性，而在本专利技术之前，尚未有合成块状聚苯胺水凝胶的报道，所以也没有烘干后成为热塑体的报道。本专利技术的制备方法的优点是采用非化学键接的方法，制备简便，且其产物为块状，在水中浸泡就可以去除其所含的杂质，因而该水凝胶的纯化非常容易，可以通过纯化去除合成反应过程中的形成的副产物和未反应的苯胺。聚苯胺只有经过酸或氧化掺杂后，才会具有较高的电导率。由本方法制备的聚苯胺水凝胶中的聚苯胺已由丙烯酸类水凝胶进行了掺杂，因此具有自掺杂的特点，这样，用本方法制备的聚苯胺水凝胶不仅具有聚苯胺的高导电性能，同时也具有丙烯酸类水凝胶的体积相变性能，即综合了聚苯胺和丙烯酸类水凝胶的特性。此外，将聚苯胺水凝胶浸泡在不同的酸溶液中，进行二次掺杂后，不同组成和掺杂程度的水凝胶之间可以产生电位差，具有用作全聚合物电池的良好前景，而现在的聚苯胺电池只将聚苯胺作为负极或正极使用，本方法得到的聚苯胺水凝胶经不同掺杂后可以分别作为负极和正极使用。实施例一种聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤(1)、将200份浓度为2％～15％并且粘均分子量为1万～50万的丙烯酸类聚合物的水溶液、0～200份碱的水溶液混合，在30℃～80℃的温度条件下搅拌均匀后，将溶液冷却至20～30℃，所述的碱的浓度为0～2mol/l，；(2)、将0.5～30份苯胺加入上述冷却至20℃～30℃的溶液中，搅拌使之混合均匀得到混合物，然后，冷却此混合物，直至其温度降为0℃～5℃；(3)、将0℃～5℃的20～260份氧化剂的水溶液加入所述的混合物中搅拌均匀，将其隔氧静止，在0℃～5℃下反应24～72小时，可得到块状的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶，所加入的氧化剂的浓度为0.5～5mol/l。所述的丙烯酸类聚合物的粘均分子量一般是为9万～11万，最佳是10万，所述的丙烯酸类聚合物包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸之一。所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或其混合物，所述的碱的浓度为0.8～1.2mol/l，优选1mol/l，其添加量为100份。所述的苯胺的添加量为10～14份，优选12份。所述的氧化剂包括过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或其混合物，所述的氧化剂的浓度为2.1～2.5mol/l，优选2.3mol/l，其加入量为110份～150份，优选130份。权利要求1.一种聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤(1)、将200份浓度为2％～15％并且粘均分子量为1万～50万的丙烯酸类聚合物的水溶液、0～200份碱的水溶液混合，在30℃～80℃的温度条件下搅拌均匀后，将溶液冷却至20～30℃，所述的碱的浓度为0～2mol/l，；(2)、将0.5～30份苯胺加入上述冷却至20℃～30℃的溶液中，搅拌使之混合均匀得到混合物，然后，冷却此混合物，直至其温度降为0℃～5℃；(3)、将0℃～5℃的20～260份氧化剂的水溶液加入所述的混合物中搅拌均匀，将其隔氧静止，在0℃～5℃下反应24～72小时，可得到块状的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶，所加入的氧化剂的浓度为0.5～5mol/l。2.根据权利要求1所述的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸类聚合物的粘均分子量为9万～11万，所述的丙烯酸类聚合物包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸之一。3.根据权利要求1所述的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，其特征在于所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或其混合物，所述的碱的浓度为0.8～1.2mol/l，添加量为80～120份。4.根据权利要求1所述的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，其特征在于所述的苯胺的添加量为10～14份。5.根据权利要求1所述的聚苯胺-聚丙烯酸水凝胶的制备方法，其特征在于所述的氧化剂包括过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或其混合物，所述的氧化剂的浓度为2.1～2.5mol/l，其加入量为110份～150份。全文摘要一种，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯胺－聚丙烯酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（１）、将２００份浓度为２％～１５％并且粘均分子量为１万～５０万的丙烯酸类聚合物的水溶液、０～２００份碱的水溶液混合，在３０℃～８０℃的温度条件下搅拌均匀后，将溶液冷却至２０～３０℃， 所述的碱的浓度为０～２ｍｏｌ／ｌ；（２）、将０．５～３０份苯胺加入上述冷却至２０℃～３０℃的溶液中，搅拌使之混合均匀得到混合物，然后，冷却此混合物，直至其温度降为０℃～５℃；（３）、将０℃～５℃的２０～２６０份氧化剂的水溶液加入所述 的混合物中搅拌均匀，将其隔氧静止，在０℃～５℃下反应２４～７２小时，可得到块状的聚苯胺－聚丙烯酸水凝胶，所加入的氧化剂的浓度为０．５～５ｍｏｌ／ｌ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵炯心，张幼维，陶勇，吴承训，张斌，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]