一种纳米聚吡咯分散液的制备方法技术

一种纳米聚吡咯分散液的制备方法，属于纳米技术与导电高分子材料领域，可解决现有PPy改性方法存在的掺杂剂用量大、制备周期长、过程复杂等问题，该方法以O/W纳米乳液为“微反应器”，将吡咯的聚合反应控制在液滴内部，从而制备得到纳米PPy分散液。具体包括：配制连续相与分散相，在50

【技术实现步骤摘要】
一种纳米聚吡咯分散液的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米技术与导电高分子材料领域，具体涉及到一种纳米聚吡咯分散液的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，导电高分子材料在光电催化、储能导电、生物医学等领域展现出广阔的应用潜力，其中纳米导电高分子材料因粒径小、比表面积较大等特性而具备优良的性能，已经引起了广泛关注。聚吡咯（PPy）因具备较高的导电性、环境低毒性、可逆的氧化还原性、良好的生物相容性等优点，被公认为最具潜力的导电高分子材料之一。
[0003]目前，制备PPy的方法主要有电化学氧化法和化学氧化法。电化学氧化法操作简便、条件易于控制、合成的PPy导电性和力学性能较好，但PPy仅在电极表面生成，产率低、成本高、仅适用于小批量生产；化学氧化法合成工艺简单、成本较低、适用于大批量生产，但此方法制备的PPy一般为固体粉末，在导电状态下难溶或不溶、不易加工，一定程度上限制了其应用。因此，对PPy的溶解性和可加工性进行改进从而提高其性能是PPy材料研究的一个重要方向。
[0004]学者分别通过掺杂、复合、制备水凝胶、制备共聚物等方法对PPy进行改进。如杨超等人公开了一种利用松香皂制备水分散性聚吡咯导电纳米粒子的方法，将松香皂溶于过硫酸铵水溶液中，然后加入吡咯，引发吡咯氧化聚合，抽滤、洗涤、干燥得到水分散性聚吡咯导电纳米粒子，此方法工艺简单、且制备的聚吡咯具有水分散性，但掺杂剂与单体质量比高达20:1（CN106750286A）；秦宗益等公开了一种单分散聚氨酯/聚吡咯复合纳米弹性球的制备方法，先制备聚氨酯然后将其分散到去离子水中，加入稳定剂获得稳定乳液，随后加入吡咯、分散剂、引发剂，冰水浴下反应，静置除去反应液表层悬浮物，将产物多次离心洗涤，制备得到聚氨酯/聚吡咯纳米微球，此方法前期准备及后续处理处理过程较为繁琐（CN102558833A）；王杰等人通过冻融循环法制备聚乙烯醇/植酸/氨基
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聚倍半硅氧烷复合水凝胶，以其为模板，通过吡咯原位聚合制备得到聚乙烯醇/聚吡咯复合导电水凝胶，对PPy材料的力学性能和疏水性能进行改善，但是此种方法聚合过程中在凝胶表面快速合成的大块PPy会堵塞水凝胶表面微孔，导致后续聚合困难，不能很好解决PPy在凝胶体系中分散问题（王杰. 高等学校化学学报,2021,42(3):929
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936.）；屈树新等人专利技术了一种聚吡咯导电水凝胶的制备方法，将水凝胶置于引发剂溶液中浸泡，使引发剂进入水凝胶孔隙，然后将其放入吡咯有机溶液中，通过界面聚合制备得到聚吡咯水凝胶，此方法制备的水凝胶中聚吡咯分散性优良，但制备周期长达36 h、过程较为复杂（CN108587023A）；张伯武等人专利技术了一种可分散的聚吡咯共聚物的制备方法，将可溶性高分子、引发剂、吡咯混合，利用高能射线辐照处理，制备PPy共聚物，此方法环境友好、反应条件温和易控，但后续需要重复离心分离、洗涤未修饰在PPy上的高分子，处理过程繁琐（CN112851937A）。
[0005]因此，寻找一种简便高效的方法来改进PPy不溶特性，对于拓宽PPy在防腐材料、电磁屏蔽、电极材料等领域的产业应用具有重要意义。近年来，学者通过制备水基胶体分散液
来克服导电聚合物不溶不熔特性（陈骁. 山东:青岛科技大学,2005.），王生杰等公开了一种石墨烯水性分散液的制备方法，大大提升了石墨烯的分散性和分散稳定性（CN108084344A）；李为立等人公开了一种制备荧光聚合物微球的水分散液的方法，改善了材料本身机械性能不佳的缺陷。研究表明，将导电聚合物直接制备成水基胶体分散液是最为直接、经济的方法，目前尚未有通过直接制备纳米PPy水基胶体分散液来改善PPy不溶特性的相关研究报道。

技术实现思路

[0006]针对现有PPy改性方法存在的掺杂剂用量大、制备周期长、过程复杂等问题，本专利技术提供了一种纳米聚吡咯分散液的制备方法。以纳米乳液为“微反应器”将聚合反应控制在液滴内部，直接将PPy制备成纳米级水基胶体分散液，制备过程简便、制备的PPy粒径均匀、分散性与稳定性较高、不易团聚；此外，以水作为主要溶剂，减轻环境污染，符合当前环保要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种纳米聚吡咯分散液的制备方法，包括以下步骤：第一步，将复配乳化剂、羧甲基纤维素钠同去离子水混合均匀，作为连续相；按比例将环己烷与单体吡咯混合均匀，作为分散相；第二步，将分散相加入连续相中，进行乳化，得到半透明的稳定的含吡咯的O/W纳米乳液；第三步，在上述制备的含吡咯的O/W纳米乳液中逐滴加入引发剂水溶液，滴加过程控制在30 min以内，引发吡咯聚合，制备得到PPy分散液。
[0008]进一步地，所述复配乳化剂包括质量比为1:9~1:11的司班80和吐温80。
[0009]进一步地，所述连续相中乳化剂质量分数为1
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5 wt%。
[0010]进一步地，所述单体吡咯占分散相的5
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25 wt%，环己烷与去离子水质量比为1:8
‑
1:10。
[0011]进一步地，通过羧甲基纤维素钠调节连续相粘度，其中分散相与连续相粘度比为0.21
‑
0.65。
[0012]进一步地，所述乳化条件为：乳化温度50
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60℃，搅拌速度800
‑
1000 r/min，乳化时间2
‑
3 h。
[0013]进一步地，所述引发剂为0.5
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1 mol/L的过硫酸铵（APS）水溶液或FeCl3水溶液，单体吡咯与引发剂摩尔比为0.2
‑
3。
[0014]进一步地，所述聚合条件为：搅拌速度为800
‑
1000 r/min，聚合温度为室温，聚合时间为3
‑
6 h。
[0015]通过本专利技术制备的PPy分散液粒径在150
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600 nm之间，PDI在0.15
‑
0.75之间，以FeCl3为引发剂制备的PPy分散液粒径均一且稳定性相对较高，在室温下可稳定放置2周。
[0016]本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用纳米乳液聚合法成功制备得到了粒径小且均一的纳米PPy分散液，在保留球形纳米PPy粒子特性的基础之上，一定程度上解决了纳米PPy粉末因粒径小、比表面积大、表面能高而导致的易团聚的问题，制备的纳米PPy分散液可通过布朗运动阻止体系沉
降或絮凝，大大提高了PPy的分散性与稳定性，常温下可稳定放置2周以上；有效克服了PPy本身不溶的缺点，赋予PPy良好的可加工性，为拓宽PPy的产业应用奠定良好基础。
[0017]此方法工艺简单、制备周期短、成本较低、操作安全便捷、环保无污染，无需特别的改性手段便可稳定分散于水中，为拓宽PPy的产业应用奠定了良好的基础。
附图说明
[0018]图1为本专利技术制备纳米聚吡咯分散液的流程图；图2为本专利技术实施例2的聚吡咯的红外光谱图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米聚吡咯分散液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，将复配乳化剂、羧甲基纤维素钠同去离子水混合均匀，作为连续相；按比例将环己烷与单体吡咯混合均匀，作为分散相；第二步，将分散相加入连续相中，进行乳化，得到半透明的稳定的含吡咯的O/W纳米乳液；第三步，在上述制备的含吡咯的O/W纳米乳液中逐滴加入引发剂水溶液，滴加过程控制在30 min以内，引发吡咯聚合，制备得到PPy分散液。2.根据权利要求1所述的一种纳米聚吡咯分散液的制备方法，其特征在于：所述复配乳化剂包括质量比为1:9~1:11的司班80和吐温80。3.根据权利要求1所述的一种纳米聚吡咯分散液的制备方法，其特征在于：所述连续相中乳化剂质量分数为1
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5 wt%。4.根据权利要求1所述的一种纳米聚吡咯分散液的制备方法，其特征在于：所述单体吡咯占分散相的5
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25 wt%，环己烷与去离子水质量比为1:8
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1:10。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志伟，张硕，遆鑫森，刘有智，田庆森，武婵，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：