聚苯胺／纤维素水溶液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及聚苯胺／纤维素水溶液，由聚苯胺溶解在３ｗｔ％～５．２ｗｔ％的纤维素溶液中制得，所述纤维素溶液的溶剂为７．０ｗｔ％ＮａＯＨ／１２．０ｗｔ％尿素水溶液或ｉＯＨ４．６ｗｔ％／１５ｗｔ％尿素水溶液。本发明专利技术直接将聚苯胺溶解在纤维素溶液中，由此制得聚苯胺／纤维素溶液具有很好的可纺性和膜的成型性。本发明专利技术与其它聚苯胺溶解和成型方法相比，有着本质上的不同，基本上达到了分子级的共混，并且具有价廉、生产周期短、工艺流程简单的优点，而且是一种绿色生产工艺。本发明专利技术可用来加工成型制备出具有较好的机械性能的聚苯胺／纤维素薄膜、丝、珠粒或薄片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种易于加工成型的聚苯胺/纤维素溶液及其制备方法和应用，属于高分子材料领域，也属于化学化工、农业、信息、环境工程领域。
技术介绍
近20年来，导电聚合物的合成和性能研究已成为聚合物和材料科学的重要领域。 在这些聚合物中，聚苯胺因其原料廉价易得、制备简单方便、优异的电化学性能及化学稳定 性，成为最有希望在实际中得到应用的导电聚合物。但是，聚苯胺综合力学性能差，尤其它 不溶于一般的有机溶剂和流变性能不良和力学性能难以测定等缺点使其难于采用传统成 型加工方法成型，严重妨碍了它在各个领域的大规模推广应用。因此，如何解决聚苯胺的溶 解性以及改进聚苯胺的加工性能是促进它的研究与研发的关键。为了解决这些问题，通常 采用与其它能加工成型的聚合物进行共混，达到可加工的目的。Wesstling等人用机械共混 法合成了聚苯胺/聚氯乙烯(PANI/PVC)、聚苯胺/聚苯二甲酸乙二醇酯(PANI/PET)、聚苯 胺/聚甲基丙烯酸甲酯(PANI/PMMA)等复合材料。以十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂PAOT后与 其它聚合物机械共混合成的复合材料如聚苯胺/高抗冲击聚苯乙烯(PANI/HIPS)、聚苯胺 /聚苯乙烯(PANI/PS)、聚苯胺/高密度聚乙烯(PANI/HDPE)和聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP) 等。但机械共混的方法很难达到纳米级的共混，无法体现出理想的物理化学性能。(Synth Met, 1995,69 197) ；G. R. Valenciano等人在混合溶剂中合成樟脑磺酸(PANI-CSA)和高 相对分子质量PE的复合物，从而得到较高导电率薄膜(Polymer，2000，41 :4757_4760)； T. Jeevanda等人用乳液聚合法合成了(聚苯胺-环氧树脂)PANI-EP复合物。其导电率随EP 含量的增加而降低；(Journal ofApplied Polymer Science，1999，74 :3507_3512) ；Rafil 等人用溶液共混的方法合成了聚苯胺/尼龙6 (PANI/PA6)和聚苯胺/尼龙12 (PANI/PA12) 的复合物(Macromolecules，1999，32 4706)。用CSA掺杂的聚苯胺溶于4/6间甲苯酚和氯 仿的混合溶剂中，采用溶液共混的方法合成出了聚苯胺/聚己二酸己二胺(PANI/PA66)、聚 苯胺/聚癸二酰癸二胺(PANI/PA10)10)、聚苯胺/尼龙12(PANI/PA11)等多种导电复合膜。 虽然这种方法增加了两相相容性，改善了物理机械性能，但消耗大量的有机溶剂，提高后处 理的成本，并给环境带来了巨大的压力。最近，也有很多关于对聚苯胺衍生化改进它的可溶 性来改善它的加工成型的相关报道，但这种方式无疑增加了生产过程，提高了产品的成本， 阻碍了聚苯胺相关产品的推广应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种聚苯胺/纤维素溶液及其制备方法和应用，该方法采用水体系简 单且无污染，而且十分简单方便；得到的聚苯胺/纤维素溶液用于制备的聚苯胺/纤维素功 能性材料具有良好的力学性能，而且成本低，易于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下一种聚苯胺/纤维素水溶液，由聚苯胺溶解在3wt% 5. 2wt%的纤维素溶液中制得，所述纤维素溶液的溶剂为7. Owt% NaOH/12. 尿素水溶液或LiOH4. 6wt% /15wt%尿素水溶液。所述聚苯胺与纤维素溶液中的纤维素重量比为0.2 5.2 1 1。所述聚苯胺为有机酸或无机酸掺杂的聚苯胺。所述聚苯胺由下法得到将有机酸或无机酸加入到蒸馏水中，形成浓度为 0. 2mol/L 2. Omol/L的溶液，待完全溶解后，按有机酸或无机酸的氢质子与苯胺的摩尔 比1 1 10 1的比例，加入经二次减压蒸馏的苯胺单体，搅拌，使苯胺单体的浓度为 0. 05mol/L 1. Omol/L，加入与苯胺摩尔比为0. 5 1 1. 25 1的过硫酸铵或加入与苯 胺摩尔比为0.1 1 0. 1 3的氧化铈或加入与苯胺摩尔比为0.05 1 0. 1 3的 氯化铁；反应2 12小时后，过滤，洗涤，50°C 60°C真空干燥0. 5 3小时，得到含水量 在60% 90%、分子量在8. OX IO3 5. OX IO5的聚苯胺。所述的无机酸为盐酸、硫酸、高氯酸或磷酸；所述的有机酸为三氟乙酸、十二烷基 苯磺酸、樟脑磺酸、甲基苯磺酸、氨基磺酸或二丁基萘磺酸。本专利技术还提供了上述聚苯胺/纤维素水溶液的制备方法，将聚苯胺溶解在 3wt% 5. 2衬％的纤维素溶液中，所述纤维素溶液的溶剂为7. 0% NaOH/12. Owt %尿素水 溶液或LiOH4. 6wt% /15wt%尿素水溶液。本专利技术所述的聚苯胺/纤维素水溶液可以在水体系中制备出膜、丝、水凝胶、珠粒 等不同用途的聚苯胺/纤维素功能性材料。本专利技术所述聚苯胺/纤维素功能性材料为聚苯胺/纤维素膜、丝、水凝胶或珠粒寸。本专利技术可将聚苯胺/纤维素水溶液离心脱泡，采用延流法成膜，并在凝固浴中再 生凝固，制得聚苯胺/纤维素导电性功能膜。上述凝固浴为3 25wt% H2SO4水溶液、3 15wt% H2S04/5 30wt% LiCl水溶 液、3 15wt% HCl 水溶液、3 15wt% HC1/5 30wt% LiCl 水溶液、3 25wt% H3PO4 水 溶液、3 25wt% H3P04/5 30wt% LiCl 水溶液、3 15wt% HClO4 水溶液或 3 15wt% HClO4水溶液/5 30wt% LiCl水溶液等。与已有技术相比较，本专利技术的创新如下本专利技术涉及的是直接将聚苯胺溶解在纤维素溶液中，由此制得聚苯胺/纤维素溶 液具有很好的可纺性和膜的成型性。本专利技术与其它聚苯胺溶解和成型方法相比，有着本质 上的不同，基本上达到了分子级的共混，并且具有价廉、生产周期短、工艺流程简单的优点， 而且是一种绿色生产工艺。具体实施例方式以下结合具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明实例1将含量36% 38%的盐酸加入到蒸馏水中，形成浓度为2mol/L的盐酸溶液，按无 机酸的氯质子与苯胺的摩尔比=2 1的比例，加入经二次减压蒸馏的苯胺单体，搅拌，然 后加入与苯胺摩尔比为0.5 1的过硫酸铵；反应3小时后，过滤，洗涤，50°C真空干燥1小 时，得到含水量在85%、分子量在1.0X IO5的聚苯胺。将1.8g含水量在85 %，分子量为1.0X104的聚苯胺(完全干燥后的净 重为0. 45g)加入到IOOg 7wt % NaOH/12wt %尿素体系溶解的4wt %的纤维素溶液 (ZL200410012682. 4)中，在室温下搅拌5分钟，使聚苯胺完全溶解。用超速离心机在7200 转/分钟，10°C下离心30分钟使之脱气，得到聚苯胺/纤维素溶液。采用延流法成膜，并在 5wt% HCl水溶液凝固浴中再生凝固，制得聚苯胺/纤维素膜，该膜为墨绿色，柔软有光泽， 具有较好的强度(参见附表1)。实例2将含量85%的磷酸加入到蒸馏水中，形成浓度为lmol/L的磷酸溶液，按无机酸的氢质子与苯胺的摩尔比10 1的比例，加入经二次减压蒸馏的苯胺单体，搅拌，然后加入与 苯胺摩尔比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯胺／纤维素水溶液，由聚苯胺溶解在３ｗｔ％～５．２ｗｔ％的纤维素溶液中制得，所述纤维素溶液的溶剂为７．０ｗｔ％ＮａＯＨ／１２．０ｗｔ％尿素水溶液或ＬｉＯＨ４．６ｗｔ％／１５ｗｔ％尿素水溶液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张俐娜，史星伟，蔡杰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]