[发明专利]自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的制备方法。

背景技术

在20世纪中期发展起来的众多功能高分子中，导电高分子是最突出的代表之一。由于导电高分子具有一系列独特的物理和化学性能，因此可广泛用于开发多功能材料和器件。相对于其它导电高分子而言，聚苯胺具有原料易得、合成简便以及良好的环境稳定性等优点。因此，尽管开发时间较晚，却一跃成为导电高分子研究领域的热点之一。然而导电聚苯胺是难溶解、难熔融的，这就极大地限制了它的应用。因此像其它导电高分子一样，可加工性问题是导电聚苯胺得以实际应用的关键，也是自上个世纪90年代以来人们一直致力于解决的难题。解决这一难题的一个重大突破是采用有机酸作为掺杂剂。研究结果表明，经有机酸掺杂的导电聚苯胺可以溶解在与这些酸兼容的有机溶剂中。这一发现在一定程度上解决了导电聚苯胺的加工性问题，但在合成与应用过程中大量使用的有机酸和有机溶剂也带来严重的环境污染，增加了工业废水处理的难度和成本。此外，通过对苯胺单体进行改性，制备其衍生物或制备苯胺与其它可溶性高分子的共聚物也可以不同程度地改善导电聚苯胺的溶解性，但这些方法往往都是以牺牲导电性为代价的。解决导电聚苯胺可加工性的另一有效途径是通过原位氧化聚合法直接制备导电聚苯胺和其它材料的复合材料，尤其是导电聚苯胺与其它无机材料的复合材料。尽管采用不同方法制备导电聚苯胺/硅复合材料的研究已有很多报道，但通过正硅酸乙酯(TEOS)在无机酸掺杂的导电聚苯胺表面水解缩合，制备自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的研究尚无公开报道。

发明内容

本发明提供了一种通过正硅酸乙酯(TEOS)在无机酸掺杂的导电聚苯胺表面水解缩合，制备自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的方法，具体制备方法如下：

(1)将一定量经二次蒸馏的苯胺单体加入到含有1M～2M盐酸或硫酸的水溶液中，在搅拌条件下加入过硫酸铵氧化剂水溶液，并控制苯胺与过硫酸铵的摩尔比在1∶0.5～1∶1.5之间。随后反应物在无搅拌条件下氧化聚合3～10小时，聚合反应的温度控制在15℃～20℃之间。最后产物用去离子水反复洗涤，并真空抽滤至布什漏斗底部无水珠滴出为止，所得到聚苯胺的含水率在350～550％之间。

(2)取一定量的正硅酸乙酯(TEOS)和无水乙醇置于烧杯中，控制两者的体积比在1∶0.5～1∶2.5之间，超声分散片刻使溶液混合均匀。

(3)称取步骤(1)所制得的未经干燥的聚苯胺，加入到步骤(2)所制得的TEOS与无水乙醇的混合溶液中，控制聚苯胺与TEOS的质量比在1∶15～1∶100之间；再超声分散5～20分钟，以便聚苯胺在溶液中分散均匀。

(4)在步骤(3)制得的聚苯胺的均匀分散体系中滴入几滴稀盐酸或硫酸溶液，使分散体系呈弱酸性(pH＝3.5～5.5)。添加一定量的去离子水，控制分散体系中TEOS与去离子水的摩尔比为1∶1～1∶8，超声5～30分钟后，再搅拌5～36小时；然后将搅拌后的产物过滤、洗涤，在30℃～50℃的真空条件下干燥，得到自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的绿色粉末。

在步骤(4)中，在对超声后的分散体系进行搅拌时，先在盛有上述分散体系的烧杯上盖上一层带孔的保鲜膜，再于10℃～20℃的条件下磁力搅拌，控制搅拌速率在50～150r/min之间。

在步骤(1)中，合成聚苯胺时氧化剂的加入采用快速加料法，一次将过硫酸铵氧化剂水溶液全部倒入苯胺的盐酸或硫酸水溶液中，且控制苯胺单体与过硫酸铵的摩尔比在1∶0.5～1∶1.5之间。

有益效果

本发明具有如下优点：(1)提供了一种简单易行，且具有良好导电性和热稳定性的自分散型导电聚苯胺/硅复合材料的制备方法。这必将极大地拓宽导电聚苯胺的应用范围，创造巨大的经济效益。(2)自分散型导电聚苯胺/硅复合材料为绿色粉末，它不需要再借助任何分散剂就可以在无水乙醇和水介质中形成稳定的分散体系；因此使用过程更加方便、节能和环保。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好的理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

实施例1