[发明专利]一种聚苯胺纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物合成领域，尤其涉及一种聚苯胺纳米纤维的制备方法。

背景技术

聚苯胺是一种导电性能优异的高分子材料，其单体易得，具有多样化的结构、独特的掺杂机制、良好的环境稳定性，以及广泛的技术应用前景，而引起科学家的关注。但是聚苯胺溶解性差、熔点高、加工性差等缺点限制了聚苯胺的工业化生产，因此合成导电率高，溶解性好，粒径小的纳米聚苯胺成为当今研究的热点。

目前，合成纳米聚苯胺主要有两种方法，一种是电化学方法，中国专利CN 1958854A公开了一种纳米聚苯胺纤维的制备方法，该专利采用三电极体系，控制反应温度为10～30℃、反应时间为10～30min，在工作电极上通过恒电位方法制备聚苯胺纳米纤维。此外，Liang等人(Angew.Chem.Int.Ed.2002，41(19)：3665～3668，Chem.Eur.J.2003，9，604-611)以0.02-0.08mAcm^-2低电流密度，通过电化学方法制备了聚苯胺纳米纤维。

另外一种是化学氧化法，目前，通过化学氧化方法制备聚苯胺纳米纤维的方法主要包括：(1)模板法，例如Martin等人(Science，1994，266，1961)以多孔三氧化二铝为模板制备了聚苯胺纳米纤维；中国专利CN101302294B和CN 101284908A分别公开了以含有八个支链的脂溶性蔗糖八醋酸酯以及聚乙二醇为模板剂制备聚苯胺纳米纤维的技术方案。(2)界面法，例如Huang等人(J.Am.Chem.Soc.2003，125，314；J.Am.Chem.Soc.2004，126，851)报道了界面聚合方法，即在油/水界面进行聚合制备聚苯胺纳米纤维；中国专利CN 101338031B、CN 100526367C、CN 101037504A以及CN 100480443C公开的纳米聚苯胺的制备方法，也通过界面聚合方法，制备了聚苯胺纳米纤维。(3)超声辐射方法，例如中国CN 101870770A以及CN 1323199C公开的纳米聚苯胺的制备方法，均是通过超声方法制备了高掺杂度的聚苯胺纳米纤维。(4)稀溶液法，例如Epstein等人(Adv.Mater.2005，17，1679；Synth.Met.2005，153，69)报道了稀溶液法制备聚苯胺纳米纤维的技术方案，其中聚苯胺的浓度为0.008mol/L。(5)种子聚合法，例如Manohar等人(J.Am.Chem.Soc.2004，126，4502；Adv.Funct.Mater.2006，16，1145)报道了利用种子聚合法制备聚苯胺纳米纤维的技术方案。然而，目前用于制备聚苯胺纳米纤维的方法普遍存在以下问题：(1)模板法存在着模板剂不易去除，后处理繁琐的问题，并且后处理过程中容易导致聚苯胺纳米纤维损坏；(2)界面聚合法存在着有机溶剂使用量大，造成环境污染的问题；(3)电化学方法、超声辐射方法以及种子聚合法存在着实验条件要求高，不适合大规模生产的问题；(4)稀溶液法由于聚苯胺浓度非常低，导致了该方法产量低，不适合产业批量化生产。

为了避免上述问题，王献红等人(Syn.Met.，2009，159，1508～1511)报道了一种假高稀方法制备聚苯胺纳米纤维，以过硫酸铵为氧化剂，将0.4mol/L的苯胺单体质子酸溶液通过假高稀方法制备直径为18～110nm的聚苯胺纳米纤维。但是，该方法存在以下两方面的问题：(1)聚苯胺纳米纤维的直径不均一，纯度不高，尺寸难以控制；(2)苯胺单体的浓度较低，与传统的浓度1mol/L仍旧有一定的差距，无法产业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚苯胺纳米纤维的制备方法，相比现有技术，制备的聚苯胺纳米纤维直径均一、纯度高。

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种聚苯胺纳米纤维的制备方法，包括：

a)将苯胺单体与无机酸混合，得到第一混合液；所述第一混合液中苯胺单体浓度为1～3mol/L；

b)将氧化剂与所述第一混合液混合，得到第二混合溶液，所述第二混合溶液中的苯胺单体聚合，得到第一反应产物；所述氧化剂的氧化还原电位E_ox为0.5V≤E_ox≤0.8V；

c)将所述第一反应产物经过洗涤、碱洗、干燥后得到聚苯胺纳米纤维。

优选的，所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸和硼酸中的一种或一种以上。

优选的，所述氧化剂为硝酸铁、三氯化铁、硫酸铁和氯化铜中的一种或一种以上。

优选的，步骤b)中苯胺单体聚合的时间为14～32h。