[发明专利]聚苯胺碳纳米管核壳复合材料的制备方法及其应用

说明书

聚苯胺碳纳米管核壳复合材料的制备方法及其应用，属于功能纳米复合材料的制备技术领域，将碳纳米管用高分子超分散剂超声分散于水中，得到碳纳米管的悬浮液；将碳纳米管的悬浮液与苯胺和盐酸混合降温至0～5℃后滴加过硫酸铵水溶液引发苯胺氧化聚合反应，再经过滤，洗涤、干燥、研磨、过筛，得到聚苯胺碳纳米管核壳复合材料，将其应用于涂料中，能够赋予涂层优异的导电性与金属防腐活性。

技术领域

本发明属于功能纳米复合材料的制备工艺，也涉及功能金属防腐涂料的生产技术领域。

背景技术

碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管）由于具有高导电性以及大比表面积，在抗静电剂以及防腐添加剂领域均得到广泛的关注。虽然，碳纳米粒子的应用潜力与前景非常值得期待。然而，由于碳纳米管与石墨烯具有高比表面积、强范德华力相互作用和π-π堆积，在有机聚合物基体中不可避免地会产生聚集；同时碳纳米粒子缺乏功能性的基团，难以与有机基体形成良好的粘接界面，从而影响复合涂层的机械力学性能与功能。

聚苯胺（PANI）因为合成方法简便，独特的可逆氧化还原活性，掺杂和脱掺杂特性，在导电与绿色金属防腐添加剂领域的应用受到人们广泛关注。然而，PANI的刚性结构，不溶、不熔，与通用聚合物的相容性差，难以在聚合物基体中均匀分散。而且，当腐蚀介质的pH值升高至7时，上述PANI的导电与金属防腐活性就会消失。

纳米复合技术为解决上述问题提供了一种行之有效的方法，将碳纳米（碳纳米管、石墨烯）材料与PANI的复合，结果不仅能改善单一纳米材料的分散，而且赋予单一材料不具备的性能，如高pH环境中的导电性与电化学活性。因为纳米复合材料的性能缘于其独特的微观结构形貌以及界面相互作用。

文献CN201410321435.6公开了先用聚苯乙烯磺酸钠（PSS）的盐酸水溶液将CNT超声分散，分散机理是：通过PSS 上的苯环与CNTs 间的π-π相互作用，使PSS 分子链缠绕在CNTs 的表面，进一步进行苯胺的氧化聚合，制备的聚苯胺/碳纳米管复合材料是CNTs-PPS/PANI共混物，该文献仅公开其具有较高的比电容和较优异的循环稳定性。

专利文献CN 106496553 B 和CN 109384919 A都采用羧基化的碳纳米管，以实现在复合材料制备过程中能够利用苯胺盐阳离子和羧酸根阴离子的静电吸附，进一步获得碳纳米管和苯胺的共轭作用，得到苯胺在碳纳米管表面的聚合。但是，此两种方法均需要羧基化CNT，相比CNT原材料不仅成本高，而且电子结构变化，导电性降低，制备的CNT/PANI界面相互作用发生变化，影响复合材料的性能如导电性、金属防腐活性等。

发明内容

针对现有技术存在的以上问题，本发明提供一种核壳型微观结构形貌的聚苯胺碳纳米管核壳复合材料的制备方法，使其用于涂料中能够赋予涂层优异的导电性与金属防腐活性。

本发明制备方法包括以下步骤：

1）将碳纳米管用高分子超分散剂超声分散于水中，得到碳纳米管的悬浮液；

2）将碳纳米管的悬浮液与苯胺和盐酸混合，所述苯胺与碳纳米管的投料质量比为1～8∶1；

3）将上述混合体系降温至0～5℃，然后滴加过硫酸铵水溶液引发苯胺氧化聚合反应；

4）反应结束后过滤，洗涤、干燥、研磨、过筛，得到聚苯胺碳纳米管核壳复合材料。

本发明相对文献CN201410321435.6无论是合成材料、方法还是性能与应用方面差异还是非常大的。