[发明专利]聚苯胺/纤维素水溶液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种易于加工成型的聚苯胺/纤维素溶液及其制备方法和应用， 属于高分子材料领域，也属于化学化工、农业、信息、环境工程领域。

背景技术

近20年来，导电聚合物的合成和性能研究已成为聚合物和材料科学的重要领 域。在这些聚合物中，聚苯胺因其原料廉价易得、制备简单方便、优异的电化学 性能及化学稳定性，成为最有希望在实际中得到应用的导电聚合物。但是，聚苯 胺综合力学性能差，尤其它不溶于一般的有机溶剂和流变性能不良和力学性能难 以测定等缺点使其难于采用传统成型加工方法成型，严重妨碍了它在各个领域的 大规模推广应用。因此，如何解决聚苯胺的溶解性以及改进聚苯胺的加工性能是 促进它的研究与研发的关键。为了解决这些问题，通常采用与其它能加工成型的 聚合物进行共混，达到可加工的目的。Wesstling等人用机械共混法合成了聚苯胺 /聚氯乙烯(PANI/PVC)、聚苯胺/聚苯二甲酸乙二醇酯(PANI/PET)、聚苯胺/聚 甲基丙烯酸甲酯(PANI/PMMA)等复合材料。以十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂 PANI后与其它聚合物机械共混合成的复合材料如聚苯胺/高抗冲击聚苯乙烯( PANI/HIPS)、聚苯胺/聚苯乙烯(PANI/PS)、聚苯胺/高密度聚乙烯(PANI/HDPE) 和聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)等。但机械共混的方法很难达到纳米级的共混，无 法体现出理想的物理化学性能。(Synth Met，1995，69：197)；G.R.Valenciano等人在混 合溶剂中合成樟脑磺酸(PANI-CSA)和高相对分子质量PE的复合物，从而得到较 高导电率薄膜(Polymer，2000，41：4757-4760)；T.Jeevanda等人用乳液聚合法合成了 (聚苯胺-环氧树脂)PANI-EP复合物。其导电率随EP含量的增加而降低；(Journal of Applied Polymer Science，1999，74：3507-3512)；Rafil等人用溶液共混的方法合成 了聚苯胺/尼龙6(PANI/PA6)和聚苯胺/尼龙12(PANI/PA12)的复合物 (Macromolecules，1999，32：4706)。用CSA掺杂的聚苯胺溶于4/6间甲苯酚和氯仿的 混合溶剂中，采用溶液共混的方法合成出了聚苯胺/聚己二酸己二胺 (PANI/PA66)、聚苯胺/聚癸二酰癸二胺(PANI/PA10)10)、聚苯胺/尼龙12 (PANI/PA11)等多种导电复合膜。虽然这种方法增加了两相相容性，改善了物 理机械性能，但消耗大量的有机溶剂，提高后处理的成本，并给环境带来了巨大的 压力。最近，也有很多关于对聚苯胺衍生化改进它的可溶性来改善它的加工成型 的相关报道，但这种方式无疑增加了生产过程，提高了产品的成本，阻碍了聚苯胺 相关产品的推广应用。

发明内容

本发明提供一种聚苯胺/纤维素溶液及其制备方法和应用，该方法采用水 体系简单且无污染，而且十分简单方便；得到的聚苯胺/纤维素溶液用于制备的 聚苯胺/纤维素功能性材料具有良好的力学性能，而且成本低，易于工业化生产。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种聚苯胺/纤维素水溶液，由聚苯胺溶解在3wt％～5.2wt％的纤维素溶液中 制得，所述纤维素溶液的溶剂为7.0wt％NaOH/12.0wt％尿素水溶液或 LiOH4.6wt％/15wt％尿素水溶液。

所述聚苯胺与纤维素溶液中的纤维素重量比为0.2∶5.2～1∶1。

所述聚苯胺为有机酸或无机酸掺杂的聚苯胺。

所述聚苯胺由下法得到：将有机酸或无机酸加入到蒸馏水中，形成浓度为 0.2mol/L～2.0mol/L的溶液，待完全溶解后，按有机酸或无机酸的氢质子与苯 胺的摩尔比1∶1～10∶1的比例，加入经二次减压蒸馏的苯胺单体，搅拌，使 苯胺单体的浓度为0.05mol/L～1.0mol/L，加入与苯胺摩尔比为0.5∶1～1.25∶ 1的过硫酸铵或加入与苯胺摩尔比为0.1∶1～0.1∶3的氧化铈或加入与苯胺摩尔 比为0.05∶1～0.1∶3的氯化铁；反应2～12小时后，过滤，洗涤，50℃～60℃ 真空干燥0.5～3小时，得到含水量在60％～90％、分子量在8.0×10³～5.0×10⁵的聚苯胺。