聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子材料改性和纳米复合材料的制备技术领域，公开了一种基于聚酰胺酰亚胺高强度、高模量单面导电薄膜及其制备方法。本发明专利技术的单面导电薄膜制备方法为：首先合成可溶性聚苯胺(聚邻甲基苯胺与聚邻甲氧基苯胺)，后与有机酸(对甲苯磺酸)进行掺杂得到可溶性导电聚苯胺。然后，将可溶性导电聚苯胺浇注在聚酰胺酰亚胺上表面制备聚苯胺‑聚酰胺酰亚胺单面导电复合薄膜。本发明专利技术提供的聚苯胺‑聚酰胺酰亚胺单面导电复合薄膜具有较高的电导率和力学性能，可以用作电触点材料。

【技术实现步骤摘要】
聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备方法和应用
本专利技术属于纳米复合材料的制备
，具体涉及一种聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备方法和应用。
技术介绍
金属导电材料在高温，潮湿环境下易氧化，容易造成过热和断路，影响电子产品部件的寿命并造成安全事故；且金属制品质量较重，价格较贵，资源有限。随着社会迅速发展，单一的金属导电材料已经不能满足高精端行业的高要求，而越来越多的可以导电的高聚合物材料被发现。高分子导电材料已广泛应用在航天航空、交通运输、医疗及工业设备、汽车、家电、电子市场中。其中导电聚苯胺具有稳定的化学性质，不易氧化、耐高低温、导电性高、易加工等优点。目前电触点材料中最具代表性的是Cu-W合金和Ag基触点材料(AgSnO2、AgCdO、Ag-W系等)俩大类。由于W、Ag等均属于贵金属，资源储量有限，而且使用此类贵金属作为原料使电触点材料的成本过于昂贵，不利于推广应用。另外，该类触点材料耐磨性能差，很难使用在滑动触点上。
技术实现思路
本专利技术采用可溶性聚苯胺(聚邻甲基苯胺或聚邻甲氧基苯胺)为导电材料、聚酰胺酰亚胺为柔性高强度高模量力学材料制备单面导电复合薄膜，以期降低成本和避免出现金属材料电触点使用过程中出现的接触电阻增大等问题。其中可溶性聚苯胺化学性质稳定，不易氧化、质量轻、导电性好，价格便宜。聚酰胺酰亚胺为柔性材料，可以贴合任何表面，且高强度高模量。本专利技术将两者结合制备聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜，可以用于制备不易氧化，能贴合任何表面，质量轻的按键电触点材料。本专利技术提供的聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜是由不导电的聚酰胺酰亚胺和导电的聚苯胺复合的双层材料。本专利技术提供的聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备方法，按照下述步骤进行：(1)聚酰胺酰亚胺的选择选择高强度、高模量的聚酰胺酰亚胺材料。(2)聚苯胺的制备分别将新蒸馏的邻甲基苯胺或邻甲氧基苯胺，加入0.2mol/L的盐酸溶液中，在0-5℃下搅拌0.5-2h后，以1-3s每滴的速度缓慢滴加到过硫酸铵的水溶液中，在0-5℃反应6-10h；反应液抽滤得到绿色固体，之后分别用甲醇、正己烷、氯仿索氏提取，取氯仿溶解部分；60℃真空干燥12h，得到盐酸掺杂的聚邻甲基苯胺(POT)或聚邻甲氧基苯胺(POMA)，即可溶性聚苯胺，它们的性状均为绿色粉末。(3)对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电聚苯胺的制备将可溶性聚苯胺粉末加入到质量浓度为10％的氨水中，常温搅拌12-16h，然后用水洗至中性，60℃真空干燥12h，得到本征态的可溶性聚苯胺，其性状为紫色粉末。然后采用溶液共混得到对甲苯磺酸掺杂的可溶性聚苯胺，即将对甲苯磺酸(TSA)研磨，加入本征态的可溶性聚苯胺，加入间甲酚，并持续在90℃下搅拌60min，最后在90℃下干燥得到对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电聚苯胺。(4)可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备将对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电聚苯胺与氯仿配制溶液后浇注到预先选择好的聚酰胺酰亚胺上表面，然后在80-95℃烘干制得可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜。其中，步骤(1)所述聚酰胺酰亚胺为柔性材料，可以贴合任意表面；所述高强度高模量的聚酰胺酰亚胺层厚度为0.2mm。聚酰胺酰亚胺树脂的结构式如下式所示：其中，10<n<200。步骤(2)所述邻甲基苯胺或邻甲氧基苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1:1；制得的聚苯胺化学性质稳定，不易氧化，质量轻、导电性好。步骤(3)所述的对甲苯磺酸掺杂的可溶性聚苯胺为聚邻甲基苯胺(POT-TSA)或聚邻甲氧基苯胺(POMA-TSA)的结构式如下。其中，0<y<1；其中10<n。步骤(3)所述的可溶性聚苯胺与氨水的质量比为1:20。步骤(3)所述的可溶性聚苯胺与对甲苯磺酸掺杂的质量比为1:0.8-1:2。本专利技术还提供了制得的聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的应用，制得的聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜用作电触点材料。有益效果：本专利技术选择的聚酰胺酰亚胺为柔性高强度高模量力学材料，方便加工模切，可以贴附于任何表面和弯曲的表面；利用该材料化学性质稳定的特点，可长期在较高温度下使用；该材料的质量轻，有较高的电导率，可作为较高温度下长期使用的电触点材料。制备的聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜应用于电触点时其中聚苯胺导电层能耐高温且抗氧化性好，可以减少氧化层的形成，降低总接触电阻，减少使用过程中的发热，增加电触点材料的可靠性和使用寿命。附图说明图1为可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜示意图。具体实施方式以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所选用的聚酰胺酰亚胺树脂(PAI-AU)的结构式如下所示：所选用的聚邻甲基苯胺(POT-TSA)或聚邻甲氧基苯胺(POMA-TSA)的结构式如下所示：实施例1(1)聚酰胺酰亚胺的选择选择高强度、高模量的聚酰胺酰亚胺材料；(2)聚苯胺的制备分别将新蒸馏的邻甲基苯胺，加入0.2mol/L的盐酸溶液中，在0℃下搅拌2h后，以1-3s每滴的速度缓慢滴加过硫酸铵的水溶液中，在0℃反应10h；反应液抽滤得到的绿色固体分别用甲醇、正己烷、氯仿索氏提取，取氯仿溶解部分，60℃真空干燥12h，得到盐酸掺杂的聚邻甲基苯胺(POT)；(3)可溶性导电聚苯胺(可溶性聚苯胺与有机酸摻杂)的制备将可溶性聚苯胺粉末加入到10％的氨水中，常温搅拌12h，然后用水洗至中性，60℃真空干燥12h，得到本征态的可溶性聚苯胺，其性状为紫色粉末。后采用溶液共混将聚邻甲基苯胺与对甲苯磺酸按质量比1:0.8掺杂得到可溶性聚苯胺，即先将对甲苯磺酸(TSA)研磨，之后加入本征态的可溶性聚苯胺，加入间甲酚，并持续在90℃下搅拌60min，最后在90℃下干燥得到对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电聚苯胺；(4)可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备将对甲苯磺酸摻杂的可溶性导电聚苯胺溶于氯仿溶液，配制10mg/ml的溶液，搅拌12h后浇注到0.2mm厚的聚酰胺酰亚胺膜上烘干，得到导电聚苯胺层厚度为0.02mm。可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的电导率为3.02S/m；其拉伸强度为63.5MPa，杨氏模量为1.9GPa。实施例2本实施例与实施例1的区别在于可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备步骤中聚邻甲基苯胺与对甲苯磺酸按质量比1:1.1,其它处理手段均与实施例1一致，得到导电聚苯胺层厚度为0.02mm。可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的电导率为2.51S/m；其拉伸强度强度为59.6MPa，杨氏模量为1.7GPa。实施例3本实施例与实施例1的区别在于可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备步骤中聚邻甲基苯胺与对甲苯磺酸按质量比1:0.9以及溶于氯仿溶液，配置40mg/ml的溶液,其它处理手段均与实施例1一致，得到导电聚苯胺层厚度为0.03mm。可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的电导率为5.10S/m；其拉伸强度为58.4MPa，杨氏模量为1.6GPa。实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺‑聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜，其特征在于：所述单面导电纳米复合薄膜是由不导电的聚酰胺酰亚胺层和导电的聚苯胺层复合的双层材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜，其特征在于：所述单面导电纳米复合薄膜是由不导电的聚酰胺酰亚胺层和导电的聚苯胺层复合的双层材料。2.一种根据权利要求1所述的聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括下述步骤：(1)聚酰胺酰亚胺的选择选择高强度、高模量的聚酰胺酰亚胺材料；(2)聚苯胺的制备分别将新蒸馏的邻甲基苯胺或邻甲氧基苯胺，加入0.2mol/L的盐酸溶液中，在0-5℃下搅拌0.5-2h后，以1-3s每滴的速度缓慢滴加到过硫酸铵的水溶液中，在0-5℃反应6-10h；反应液抽滤得到的绿色固体分别用甲醇、正己烷、氯仿索氏提取，取氯仿溶解部分，60℃真空干燥12h，得到盐酸掺杂的聚邻甲基苯胺或聚邻甲氧基苯胺，即可溶性聚苯胺粉末；(3)对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电聚苯胺的制备将可溶性聚苯胺粉末加入到10％的氨水中，常温搅拌12-16h，然后用水洗至中性，60℃真空干燥12h，得到本征态的可溶性聚苯胺；然后将对甲苯磺酸研磨，之后加入本征态的可溶性聚苯胺，加入间甲酚，并持续在50℃下搅拌60min，最后在90℃下干燥得到对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电聚苯胺；(4)可溶性聚苯胺-聚酰胺酰亚胺单面导电纳米复合薄膜的制备将对甲苯磺酸掺杂的可溶性导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳宾，陈金星，杨锐，龚澳，王标兵，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32