[发明专利]聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电复合材料领域的制备领域，具体地说，涉及一种聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备方法。

背景技术

聚苯胺(PANI)具有结构多样化、掺杂态和未掺杂的环境稳定性好、易于合成、物理性能优异、单体廉价易得等优点，特别是它具有独特的质子酸掺杂机制和优良的导电性能，被认为是最有实际应用前景的导电聚合物之一。但是，聚苯胺综合力学性能差、溶解性和可熔性极差及流变性能不良的缺点使其难于采用传统成型加工的方法，这就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。为此人们进行了不懈的努力，发现聚苯胺与无机材料的复合改性技术可以克服其加工性差的缺点，并获得具有多种功能性的复合材料，这些功能材料可广泛应用于电导、磁导、电显示、静电屏蔽、微波吸收、金属防腐及光催化等领域。

聚苯胺/无机纳米导电复合材料的制备方法有电化学合成法、原位聚合法、乳液聚合法和共混法等。其中，化学氧化原位聚合法因工业运用方便而得到广泛采用。例如：中国专利ZL 200510023159.6提出在硅藻土表面经一步原位氧化聚合苯胺制备无机酸掺杂的纤维状聚苯胺/硅藻土纳米导电复合材料，但无机酸掺杂的纳米导电复合材料的热稳定性欠佳，其导电性能会随时间延长而逐渐变差。中国专利ZL 200510095422.2提出在钛酸钾等晶须上包覆经原位聚合的聚苯胺制备导电晶须，其无机酸掺杂的导电晶须同样存在导电性能逐渐下降的缺点，而有机酸掺杂的导电晶须存在掺杂量偏大的问题。中国专利ZL 200510057168.7提出在无机氧化物导电粉上包覆经原位聚合的聚苯胺制备导电高分子复合材料，但加入的苯胺量和掺杂酸量均太大，成本昂贵。为了使聚苯胺/无机纳米导电复合材料的耐热性能有较大提高，掺杂酸(特别是昂贵的有机酸)用量大大减少，同时具有优异的导电性能，本发明采用“掺杂-脱杂-再掺杂”工艺制备了有机酸掺杂的聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料。

凹凸棒土是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，其晶体呈针状、纤维状集合体，单根纤维晶的直径在20nm左右，长度可达几个μm，是一种天然的一维纳米材料。目前，以纳米凹凸棒土为核体，采用“掺杂-脱杂-再掺杂”工艺制备导电性优异的聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备方法，该方法降低了制造成本，而且制备出的聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料具有良好的导电性和热稳定性。

实现上述目的的技术方案是：一种聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备方法，工艺步骤如下：

1)凹凸棒土浆料的制备：向去离子水中加入凹凸棒土原料，制成凹凸棒土质量占去离子水质量3％～25％的浆料；

2)无机酸掺杂聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备：在不断搅拌的条件下，向浆料中加入苯胺，苯胺质量占凹凸棒土质量的20％～80％，再向浆料中加入无机酸，无机酸与苯胺的摩尔比为3.8～15.5∶1，然后在上述浆料中缓慢滴入浓度为0.42～1.72mol/L的氧化剂溶液，氧化剂与苯胺的摩尔比为0.5～2.0∶1，氧化聚合2～24小时，聚合温度为10～60℃；

3)无机酸掺杂聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的脱杂：用脱杂剂对无机酸掺杂的聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料进行脱杂，然后抽滤，并用去离子水洗至滤液呈无色中性，得到本征态聚苯胺/凹凸棒土纳米复合材料；

4)有机酸掺杂聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备：将本征态聚苯胺/凹凸棒土纳米复合材料重新分散在水中形成浆体，然后在浆体中加入有机酸进行再掺杂，有机酸与苯胺的摩尔比为0.24～1.20∶1，再掺杂时间为2～24小时，再掺杂温度为10～60℃，期间不断搅拌；

5)后处理：将有机酸掺杂所得的聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料浆液抽滤，并用去离子水将游离的(即未掺杂反应的)有机酸洗去，然后置于40～80℃下干燥，经粉碎得到墨绿色粉体。

本发明中的苯胺可以是苯胺或取代的苯胺。

其中所说的氧化剂为过硫酸盐类、重铬酸盐类、碘酸盐类、溴酸盐类、氯酸盐类、亚氯酸盐类、过氧化氢和氯化铁中的一种。使用过硫酸铵作为氧化剂时，反应速度较平缓，易于控制，因此本发明优选过硫酸铵。

其中所述第2)步的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种。

其中所述第3)步的脱杂剂为氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种。