[发明专利]聚苯胺和聚苯乙烯的仿生复合微球薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电高分子复合材料制备技术领域。

背景技术

聚苯胺具有合成简便、掺杂机制独特、环境稳定性好，可大量生产等优点，但它的导电性、电磁屏蔽性等易受到外界环境的影响，因此在实际应用中需要解决导电材料的防水问题。而聚苯胺/聚苯乙烯超疏水表面具有抗腐蚀、抗氧化等优越性能，所以制备超疏水聚苯胺表面能够大大减少其性能受环境的影响，从而提高材料的使用寿命和实际应用范围。此外,聚苯胺由于难加工处理，限制了其实际应用的推广。

发明内容

本发明目的是提出一种具有韧性好、超疏水的聚苯胺和聚苯乙烯的仿生复合微球薄膜的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）制备六角紧密排列的聚苯乙烯和聚苯胺复合微球薄膜：

以无水乙醇分散聚苯乙烯小球后，经磁力搅拌、超声处理，得到均匀的悬浮液；将悬浮液涂抹在清洁的玻璃片上，采用沉积聚合辅助模板法，把准备好的玻片垂直插入苯胺溶液中常温下静置12±1小时，然后加入与苯胺的摩尔比为1:1的引发剂APS溶液，反应结束后，将玻璃片用二次水和无水乙醇洗涤，获得聚苯乙烯和聚苯胺复合微球薄膜；

2）制备超疏水复合微球薄膜：

将表面活性剂与二次水于磁力搅拌器中混合均匀后，调节体系pH值至2～4，将制备好的聚苯乙烯和聚苯胺复合微球薄膜垂直插入其中，0℃下反应至结束后，用二次水和无水乙醇离心洗涤，然后烘干，即得超疏水复合微球薄膜。

本发明以聚苯乙烯小球为模板，通过溶剂蒸发法得到聚苯乙烯分子层，在其表面氧化聚合制备聚苯胺/聚苯乙烯复合微球，其结构类似昆虫复眼，在表面活性剂体系中，制备的仿生昆虫复眼六角形紧密排列的聚苯胺/聚苯乙烯复合薄膜形貌均一，具高水接触角即疏水性、高粘滞力，且有导电性。

本发明操作简便，环境友好，制成的产品既具有聚苯胺的导电性又具有聚苯乙烯的韧性，同时聚苯乙烯的有序排列使其形貌类昆虫复眼状。SDBS的加入，使得本就性能优越的复合薄膜再添超疏水性能，增加其使用寿命。再通过对其3D模型进行模拟计算，为超疏水涂层的制作提供了有力的支持和理论指导。

本发明所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

附图说明

图1至图4为不同直径聚苯胺/聚苯乙烯复合微球的扫描电镜图。

图 5至7为不同苯胺单体浓度下聚苯乙烯/聚苯胺单分子层复合微球薄膜的扫描电镜图。

图8为不同直径聚苯胺/聚苯乙烯复合微球薄膜的接触角与SDBS浓度的关系曲线图。

图 9至12为不同直径聚苯乙烯/聚苯胺单层复合微球薄膜的扫描电镜图。

图13为聚苯胺/聚苯乙烯复合微球的电子显微镜照片。

图14为聚苯胺/聚苯乙烯复合微球的透射电子显微镜照片。

图15为聚苯胺/聚苯乙烯复合微球的红外光谱图。

图16为聚苯胺/聚苯乙烯复合微球的的紫外-可见光谱图。

图17为单纯PS小球以及PANI/PS复合微球的粒径分布图。

图18为水在仿生薄膜上的滚动角状态图。

图19为仿生薄膜三相接触线及其Wenzel状态模型。

具体实施方式

一、制备工艺步骤：

1、聚苯乙烯小球的制备

将8ml苯乙烯加入140ml二次水中，70℃恒温条件下在磁力搅拌器上充分搅拌1小时，待溶液充分混合均匀后，向体系中一次性加入10ml含有引发剂APS (KPS)水溶液。保持70℃恒温条件，充分搅拌反应24小时。反应结束后，分别用二次水、无水乙醇离心洗涤多次，洗至上清液无色，然后将产物（即下层白色固体沉淀物）放置于60℃真空干燥箱中恒温干燥24小时备用。

2、六角紧密排列聚苯乙烯/聚苯胺复合微球薄膜的制备

准确称取一定量的聚苯乙烯小球，向其中加入无水乙醇，在磁力搅拌器上充分搅拌1小时，待溶液混合均匀后，再于超声器中超声15分钟，得到均匀的悬浮液。用微量进样器取上述悬浮液涂抹在已清洁好的玻璃片上，烘干备用。取一定量的苯胺加入盐酸水溶液，磁力搅拌器上充分搅拌1小时,待溶液混合均匀后，把准备好的玻片垂直插入其中，0℃静置12小时。加入引发剂APS溶液，0℃继续静置12小时。反应结束后，将玻片分别用二次水、无水乙醇洗涤多次，取得聚苯乙烯/聚苯胺复合微球薄膜。

3、超疏水复合微球薄膜的制备