[发明专利]纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种以聚苯胺为主体的纳米棒状复合材料及其制备方法。

背景技术

导电高分子材料由于其潜在而广泛的应用而备受关注。聚苯胺由于一系列特性：成本低、易于合成、热稳定性较好、可逆的电化学活性、较高的室温电导率、与聚合物混合的低渗阈值，具有很广泛的应用领域，如用于二次电池、电致变色器、抗静电、电磁屏蔽、军事伪装、防腐涂料等方面。因而聚苯胺(PANI)已成为当今科学家们最为关注的导电高分子之一。然而聚苯胺难溶、难熔的特点导致其加工性能差，与聚合物在熔融共混中常因脱杂而失去导电性，因此极大地限制了它的实际应用。

为了改善聚苯胺的加工性能、提高聚苯胺的导电性能，通过填充一些无机层状化合物，形成新型的纳米复合材料。纳米石墨薄片由于其优良的特性，成为人们研究的热点。利用超声波粉碎技术制备出纳米石墨薄片粒度更均匀，平均孔径增大，比表面积减小，许多内部孔隙变成表面孔，同时降低了与树脂复合物的粘度，增大了在树脂中的分散性，这将有利于纳米功能复合材料的性能的提高。纳米石墨片层的厚度为30～80nm，直径为0.5～20μm，具有较大的径厚比(100～500)，用很少的量就可以达到好的填充效果，这样对高分子材料的基体的加工性能影响就比较小。

近年来，聚苯胺/纳米石墨薄片纳米复合材料的研究引起了研究者的广泛关注，其制备方法主要是反向微乳液聚合法和插层聚合法。反向微乳液聚合法是表面活性剂在有机溶剂中自发形成各向同向、热力学稳定、外观透明或半透明的胶体分散体系。该方法的缺点是反应过程中使用了大量的有机溶剂三氯甲烷，因而对环境的污染较大。插层聚合法是利用层状无机物作为主体，将有机高聚物作为客体插入主体的层间制得有机/无机纳米复合材料。由于聚苯胺不溶不熔，所以常采用单体插入原位聚合法，即将苯胺单体和层状无机物分别分散某一溶剂中，充分分散后混合、搅拌、使单体进入无机物的层间，然后在一定条件下引发单体聚合。该方法制得的材料团聚较严重，很难得到纳米级材料。因此，只有石墨片层与聚苯胺单体有强的相互作用，并达到纳米级分散，才能获得性能良好的纳米复合材料，甚至有望获得难以得到的纳米薄膜材料。传统的乳液聚合法采用三相反应体系，反应过程繁琐，试剂毒性危害大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中纳米石墨片层不能以纳米级均匀分散在聚合物中而影响复合材料性能的不足及环境污染较大的问题，提供一种具有良好热学和电学性能的纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状材料。

本发明的另一目的是提供一种超声聚合制备纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状材料的方法。

本发明纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状材料的制备，是采用石墨纳米薄片的特殊结构和性能，以纳米石墨薄片为导电填料，同时利用超声空化的分散作用抑制苯胺聚合时的团聚问题，并采用一步超声聚合的方法，使纳米石墨薄片在聚苯胺基体当中得到了均匀的分散，制得一种新型的纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状材料。

本发明纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状导电材料的制备方法，具体由以下工艺步骤完成：

是将苯胺和过硫酸铵分别溶于酸溶液中进行酸化处理后，将苯胺酸溶液置于功率为40～50HZ的超声仪中，超声分散5～15min，再将质量0.5％～2.5％的纳米石墨薄片加入到超声仪中，继续超声分散10～30min，然后将上述酸化的过硫酸铵溶液加入到超声仪中，于室温继续超声聚合5～7h；将聚合产物过滤，用蒸馏水洗涤聚合产物至无色得纳米石墨薄片/聚苯胺复合产品，然后将产品置于浓度为15～20％的硫酸溶液中搅拌2～4h，过滤、用去离子水洗涤，除去多余的硫酸，干燥，得到纳米石墨薄片/聚苯胺复合棒状材料。

所述苯胺及过硫酸铵的酸化，是用浓度为1～33％的硫酸进行酸化处理；或用浓度为1～33％的对甲苯磺酸进行酸化处理。