一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，研究了苯胺聚合形成聚苯胺的過程。苯胺會(huì)首先發(fā)生同質(zhì)成核反應(yīng)在不同的反應(yīng)條件下得到變化繁多的不同形貌，然后在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生異質(zhì)成核反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)次級(jí)生長(zhǎng)。在此研究的基礎(chǔ)上，我們?cè)诒桨钒l(fā)生聚合的過程中引入磁性微球作為異質(zhì)界面，從而使苯胺聚合的方式發(fā)生改變，首先苯胺單體在微球表面發(fā)生異質(zhì)成核反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)生同質(zhì)成核反應(yīng)，控制反應(yīng)條件，得到了聚苯胺納米纖維。
【專利說明】一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，具體涉及在聚苯胺 的合成過程中，引入磁性微球，使苯胺單體先發(fā)生異質(zhì)成核反應(yīng)，然后發(fā)生同質(zhì)成核反應(yīng)， 得到具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維。

【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電聚合物聚苯胺具有制備方法簡(jiǎn)單，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和獨(dú)特的質(zhì)子酸摻雜與 去摻雜（不涉及電子得失）等特性，被廣泛用于電子傳輸，傳感器，電致變色材料，防腐蝕涂 料，微波吸收和電磁屏蔽材料等領(lǐng)域。將苯胺單體合成具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維，從 而最大程度的提高聚苯胺的導(dǎo)電能力等特性，成為近來(lái)研究的熱點(diǎn)。目前，硬模板法，軟模 板自組裝法，無(wú)模板自組裝法，固體研磨法，微波輻射法，界面聚合法，稀溶液聚合法，低溫 凝膠法，"種子"聚合法，靜電紡絲法等方法是制備聚苯胺納米纖維的常用方法，但是這些方 法形成的聚苯胺納米纖維不是具有纖維長(zhǎng)度短，直徑大，長(zhǎng)徑比小以及許多樹枝狀分叉等， 就是合成條件苛刻，制備方法復(fù)雜不利于聚苯胺納米纖維的制備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 要解決的技術(shù)問題
[0004] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維 的制備方法，在聚苯胺的合成過程中，引入磁性微球，影響苯胺單體的聚合反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn) 具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備。
[0005] 技術(shù)方案
[0006] -種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，其特征在于步驟如下：
[0007] 步驟1 :將2. 44?6. 76wt %磁性微球和93. 24?97. 56wt %苯胺單體，加入到加 入80?90wt %的0?I. Omol/L酸性溶液中，通過超聲作用反應(yīng)至均勻；
[0008] 步驟2 :然后置于磁場(chǎng)強(qiáng)度為0-2000GS的磁場(chǎng)中，再加入溶有水溶性引發(fā)劑的 10?20wt%酸性溶液，保持溫度為0-60°C，聚合時(shí)間為6-24h ;其中水溶性引發(fā)劑用量為苯 胺單體物質(zhì)的量的〇. 10-1. 5倍；
[0009] 步驟3 :進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清洗，以除去未反應(yīng)的 單體和副產(chǎn)物；
[0010] 步驟4 :在室溫下真空干燥，得到具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維；
[0011] 組合物中各組分的重量百分比之和為1〇〇%。
[0012] 所述的酸性溶液為鹽酸、硫酸、高氯酸、對(duì)甲苯磺酸或樟腦磺酸溶液。
[0013] 所述的磁性微球?yàn)樗难趸F、三氧化二鐵、鋇鐵氧體或鎳鐵氧體微球。
[0014] 所述水溶性引發(fā)劑為過硫酸鉀，過硫酸銨，三氯化鐵或雙氧水。
[0015] 有益效果
[0016] 本發(fā)明提出的一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，研究了苯胺聚合 形成聚苯胺的過程。苯胺會(huì)首先發(fā)生同質(zhì)成核反應(yīng)在不同的反應(yīng)條件下得到變化繁多的不 同形貌，然后在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)生異質(zhì)成核反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)次級(jí)生長(zhǎng)。在此研究的基礎(chǔ)上，我們 在苯胺發(fā)生聚合的過程中引入磁性微球作為異質(zhì)界面，從而使苯胺聚合的方式發(fā)生改變， 首先苯胺單體在微球表面發(fā)生異質(zhì)成核反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)生同質(zhì)成核反應(yīng)，控制反應(yīng)條件，得到 了聚苯胺納米纖維。
[0017] 本發(fā)明在反應(yīng)體系中，苯胺為功能性單體，引入磁性微球，控制反應(yīng)溫度和磁場(chǎng)強(qiáng) 度，加入水溶性引發(fā)劑，使苯胺單體先發(fā)生異質(zhì)成核反應(yīng)，然后是同質(zhì)成核反應(yīng)，得到了聚 苯胺納米纖維。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，所制備的聚苯胺納米纖維具有單分散性好，高長(zhǎng)徑 t匕，且化學(xué)穩(wěn)定性好，是一種良好的導(dǎo)電材料候選材料。
[0018] 本發(fā)明可以制備優(yōu)良的聚苯胺納米纖維，滿足其對(duì)導(dǎo)電能力的需求。本發(fā)明制備 方法簡(jiǎn)單，所制備的聚苯胺納米纖維具有高長(zhǎng)徑比，且穩(wěn)定性好，能夠作為眾多應(yīng)用領(lǐng)域的 候選材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1 :在磁場(chǎng)強(qiáng)度為零下得到聚苯胺納米纖維的SEM圖片
[0020] 圖2 :在磁場(chǎng)強(qiáng)度為400Gs下得到聚苯胺納米纖維的SEM圖片
[0021] 圖3 :在磁場(chǎng)強(qiáng)度為400Gs下得到聚苯胺納米纖維的TEM圖片

【具體實(shí)施方式】
[0022] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0023] 實(shí)施例1 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 50mol/L鹽酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 050mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；將溶有91. 05mg APS的IOmLO. 50mol/ L的鹽酸溶液快速加入到反應(yīng)容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層 液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫 下真空干燥，即得到PANI納米纖維。
[0024] 實(shí)施例2 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 5mol/L鹽酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng)強(qiáng)度為 400Gs的平板磁鐵；將溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的鹽酸溶液快速加入到反應(yīng) 容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清 洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到PANI納米 纖維。
[0025] 實(shí)施例3 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入I. Omol/L鹽酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 40mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng)強(qiáng)度為 400Gs的平板磁鐵；將溶有728. 4mg APS的IOmL 0. 50mol/L的鹽酸溶液快速加入到反應(yīng) 容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清 洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到PANI納米 纖維。
[0026] 實(shí)施例4 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 5mol/L硫酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；將溶有364. 2mg APS的IOmLO. 50mol/ L的硫酸溶液快速加入到反應(yīng)容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層 液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫 下真空干燥，即得到PANI納米纖維。
[0027] 實(shí)施例5 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 5mol/L硫酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng)強(qiáng)度為 400Gs的平板磁鐵；將溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的硫酸溶液快速加入到反應(yīng) 容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清 洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到PANI納米 纖維。
[0028] 實(shí)施例6 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 5mol/L鹽酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng)強(qiáng)度為 400Gs的平板磁鐵；將溶有431. 3mg KPS的IOmL 0. 50mol/L的鹽酸溶液快速加入到反應(yīng) 容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清 洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到PANI納米 纖維。
[0029] 實(shí)施例7 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 5mol/L鹽酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng)強(qiáng)度為 400Gs的平板磁鐵；將溶有258. 8mg FeCl3的IOmL 0. 50mol/L的鹽酸溶液快速加入到反應(yīng) 容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清 洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到PANI納米 纖維。
[0030] 實(shí)施例8 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0. 5mol/L鹽酸溶液90mL ;將IOmg鋇鐵氧體 微球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng)強(qiáng)度 為400Gs的平板磁鐵；將溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的鹽酸溶液快速加入到反應(yīng) 容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清 洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到PANI納米 纖維。
[0031] 實(shí)施例9 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0. 5mol/L對(duì)甲苯磺酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng) 強(qiáng)度為400Gs的平板磁鐵；將溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的對(duì)甲苯磺酸溶液快速 加入到反應(yīng)容器中，在20°C聚合8h;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇 進(jìn)行多次清洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得 到PANI納米纖維。
[0032] 實(shí)施例10 :在IOOmL圓底燒瓶中，加入0· 5mol/L高氯酸磺酸溶液90mL ;將IOmg Fe3O4微球、0. 20mL苯胺單體加入到反應(yīng)器中；超聲至均勻；離反應(yīng)器5cm處放置一塊磁場(chǎng) 強(qiáng)度為400Gs的平板磁鐵；將溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的對(duì)高氯酸溶液快速加 入到反應(yīng)容器中，在20°C聚合8h ;將得到的產(chǎn)物進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn) 行多次清洗，以除去未反應(yīng)的單體和副產(chǎn)物，然后進(jìn)行磁分離；在室溫下真空干燥，即得到 PANI納米纖維。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，其特征在于步驟如下： 步驟1 :將2. 44?6. 76wt %磁性微球和93. 24?97. 56wt %苯胺單體，加入到加入 80?90wt %的O?I. Omol/L酸性溶液中，通過超聲作用反應(yīng)至均勻； 步驟2 :然后置于磁場(chǎng)強(qiáng)度為0-2000GS的磁場(chǎng)中，再加入溶有水溶性引發(fā)劑的10? 2〇Wt%酸性溶液，保持溫度為0-60°C，聚合時(shí)間為6-24h ;其中水溶性引發(fā)劑用量為苯胺單 體物質(zhì)的量的〇. 10-1. 5倍； 步驟3 :進(jìn)行磁分離，傾去上層液，加入無(wú)水乙醇進(jìn)行多次清洗，以除去未反應(yīng)的單體 和副產(chǎn)物； 步驟4 :在室溫下真空干燥，得到具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維； 組合物中各組分的重量百分比之和為100%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，其特征在于： 所述的酸性溶液為鹽酸、硫酸、高氯酸、對(duì)甲苯磺酸或樟腦磺酸溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，其特征在于： 所述的磁性微球?yàn)樗难趸F、三氧化二鐵、鋇鐵氧體或鎳鐵氧體微球。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有高長(zhǎng)徑比的聚苯胺納米纖維的制備方法，其特征在于： 所述水溶性引發(fā)劑為過硫酸鉀，過硫酸銨，三氯化鐵或雙氧水。
【文檔編號(hào)】D01F6/94GK104213243SQ201410493921
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張秋禹, 馬勇, 喬明濤, 張合鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)