[发明专利]酸掺杂导电聚苯胺/有机粘土纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机-无机导电性纳米复合材料的制备方法。

背景技术

聚苯胺(PANI)具有较高的电导率，原料便宜，性能稳定，且合成方法简单，掺杂机理清晰及掺杂程度可控制，因而成为当前最有希望获得工业应用的结构型导电聚合物材料之一。但由于分子链的刚性和链间极性的相互作用使其溶解性极低，几乎不溶于任何有机溶剂，给掺杂态聚苯胺成膜及加工带来了困难，严重妨碍了其在各个领域的大规模推广应用。因此，如何改进聚苯胺的加工性能是促进聚苯胺实用化的关键。方法之一就是通过聚苯胺复合改性技术来克服其加工性差的缺点，获得具有多功能性的复合材料，拓展它的应用领域。

氨基磺酸是一种化工原料，为无机固体酸(NH₂SO₃H)，斜方晶系片状结晶，无色，无臭，易溶于水，且稳定性很高，不挥发，熔点约为205℃，分解温度为209℃，在260℃下可完全分解生成SO₂、SO₃、N₂和水等产物，对金属腐蚀性很低^[5]。氨基磺酸是一种中强酸，在水中完全电离。

插层聚合是制备高性能复合材料的有效方法之一，即将聚合物插层于层状结构的硅酸盐中，如蛭石、云母、蒙脱土等。蒙脱土由1nm厚的硅酸盐片层组成，片层由硅氧四面体和铝氧八面体组成，层间通常靠吸附阳离子来维持平衡，由于蒙脱土是一种不具有氧化性质的惰性主体，因而被插入到层间的单体的聚合可以根据需要人为控制将单体插入层状片层或空隙之间，进而破坏硅酸盐的片层结构，使其剥离成为纳米片层均匀地分散在聚合物基体中，以实现高分子与粘土类硅酸盐在纳米尺寸的复合，因而得到不同于一般复合材料的优良性能。

蒙脱土是一种镁铝硅酸盐结晶水合物具有独特的三维空间结构和纤维形态。它的结构中的特征是Si-O四面体形成的长带，每一个单元尺寸在氧薄片交替侧形成规律的起伏Si-O结构形式。由于它的结构形态，在作为粘土表面有机物吸附时已经得到了相当大的关注，但是关于它在纳米复合材料中应用的报道很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种酸掺杂导电聚苯胺/有机粘土纳米复合材料的制备方法，在氨基磺酸的水溶液体系中，利用经Ni²⁺和CTAB二次插层钠化的Na-MMT制备的层状有机土CTAB₂-Ni₁-MMT作为主体，引发苯胺单体在层间聚合，制备得到的具有插层结构的酸掺杂导电聚苯胺/有机粘土纳米复合材料。

CTAB是十六烷基三甲基溴化铵英文名称的缩写。MMT是蒙脱土的英文缩写，Na-MMT是钠化蒙脱土。

本发明是一种导电高分子复合材料的制备方法，制备出的产品具有良好的电化学性能及化学稳定性，该材料分散均匀，导电性可以控制，可以用于功能性填料。

具体实施方式

本发明是在氨基磺酸的水溶液体系中，利用经Ni²⁺和CTAB二次插层Na-MMT制备的层状有机土CTAB₂-Ni₁-MMT作为主体，引发苯胺单体在层间聚合，制得到的具有插层结构的酸掺杂导电聚苯胺/有机粘土纳米复合材料。

以上所述层状有机土CTAB₂-Ni₁-MMT的重量为酸掺杂导电聚苯胺/有机粘土纳米复合材料的5～40％。

本发明有两个制备步骤，其第一个具体制备步骤为：

(1)将氨基磺酸溶于蒸馏水中，制成质量浓度为4～16％的溶液；

(2)在上述溶液中加入苯胺单体和层状有机土CTAB₂-Ni₁-MMT，其中苯胺加入量与氨基磺酸的重量比为1∶18～1∶4，层状有机土CTAB₂-Ni₁-MMT的重量为苯胺的5～40％，搅拌6小时，形成插层，缓慢滴加氧化型引发剂，氧化型引发剂与苯胺的重量比为0.5∶1～3.5∶1，在0～40℃的温度下，高速搅拌溶液进行聚合，持续时间为2～8小时，反应后静置，过滤，用水洗涤2～4次，并用丙酮淋洗，在真空环境下干燥，得到墨绿色酸掺杂导电聚苯胺/有机粘土纳米复合材料的粉末。

本发明第二个具体制备步骤为：