[发明专利]水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于导电高分子纳米材料制备方法领域，具体涉及一种水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料及其制备方法。

技术背景

木质素作为自然界中的储量仅次于纤维素的第二大丰富含量的天然产物，每年都以500亿吨的速度再生。聚苯胺纳米纤维由于其特殊的纳米尺寸结构以及大的比表面积，受到了人们的广泛关注，而且木质素与聚苯胺生成聚苯胺/木质素复合材料近年来也成为了研究的热点。Shao等人（ShaoL.,QiuJ.H.,Feng H.X.,LiuM.Z.,ZhangG.H.,AnJ.B.,GaoC.M.,LiuH.L.,SynthMetals,2009,159:1761-1766）将小分子的氨基磺酸加入到含有木质素磺酸钠的苯胺溶液中，制备了水性聚苯胺-木质素复合物，随着氨基磺酸的加入，大大提高了木质素改性水性聚苯胺的电导率，将电导率提高到了5S/cm。

上述水性导电聚苯胺/木质素复合材料的合成是通过苯胺在木质素磺酸盐存在下，经过模板原位聚合得到的复合材料，所以其水溶性来自与水性木质素磺酸盐，同时，绝缘性的木质素磺酸盐也大大地降低了复合材料的导电性，因而其复合材料的导电性以及水分散稳定性仍旧需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的水性导电聚苯胺/木质素复合材料导电性及水分散稳定性差的问题，而提供一种水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料及其制备方法。

本发明首先提供一种水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料的制备方法，包括如下：

步骤一：将磺酸基苯胺溶解于盐酸溶液中，得到磺酸基功能性苯胺盐溶液A；

步骤二：将三氯化铁溶解在木质素磺酸盐水溶液中形成溶液B；

步骤三：将步骤一得到的磺酸基功能性苯胺盐溶液A和步骤二得到的溶液B加入到反应容器中，在-10～5℃下反应，得到反应产物；

步骤四：将步骤三得到的反应产物经离心、干燥，即得到水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料。

优选的是，所述的磺酸基苯胺选自苯胺-2,5-二磺酸、邻氨基苯甲醚-4-磺酸、8-苯胺-1-萘磺酸或2-氨基苯磺酸中的一种。

优选的是，所述的磺酸基功能性苯胺盐溶液A中磺酸基苯胺的浓度为1～3mol/L。

优选的是，所述的盐酸溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。

优选的是，所述的木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸铵、木质素磺酸镁中的一种。

优选的是，所述的溶液B中三氧化铁的浓度为1～3mol/L。

优选的是，所述的步骤三的反应时间为22～34h。

优选的是，所述的磺酸基苯胺和三氧化铁的摩尔比为（0.8～1.7）：（1.3～2.8）。

本发明还提供上述一种水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料的制备方法得到的水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料。

优选的是，所述的水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料的电导率为5～18S/cm。

本发明的有益效果

本发明首先提供一种水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料的制备方法，该方法先将磺酸基苯胺溶解与盐酸溶液中，得到磺酸基功能性苯胺盐溶液A，然后将三氯化铁溶解在木质素磺酸盐水溶液中形成溶液B，再将磺酸基功能性苯胺盐溶液A和溶液B在-10～5℃下反应，经离心、干燥得到的。与现有技术相对比，本发明将磺酸基苯胺取代了苯胺，在保证优异水分散性的基础上，减少了绝缘性的木质素磺酸盐的使用量，由于磺酸基苯胺结构上的短链磺酸基的引入，使得该水性聚苯胺具有优异的自掺杂功能，从而，大大提高了水性导电聚苯胺/木质素复合材料的导电性，同时，由于磺酸基苯胺的自掺杂作用，以及木质素磺酸盐掺杂作用，大大增强了水性导电聚苯胺纤维的水分散稳定性，实验结果表明：通过本发明的方法得到的水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料电导率可达5～18S/cm，室温下放置2年未见分层。

本发明还提供一种水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料，该水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料是以三氯化铁为氧化剂，磺酸基苯胺在木质素磺酸盐的存在下，经过原位聚合制备而得到的，实验结果表明：本发明的水溶性导电聚苯胺纳米纤维的直径为为35～67nm，其比表面积高达68～95m²/g。

附图说明

图1为本发明实施例1制备方法得到的水溶性导电聚苯胺纳米纤维/木质素复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式