一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)電率聚苯胺?石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下：（1）將N?甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混勻，加入苯胺單體，攪拌；（2）加入鹽酸和乙二胺混勻，再加入過硫酸銨，加熱攪拌反應(yīng)；（3）待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌；再加入石墨烯水溶液，高速攪拌，之后離心過濾分離，洗滌，真空冷凍干燥即得。本發(fā)明制備的聚苯胺?石墨烯復(fù)合材料的體積電導(dǎo)率高于580S/m，導(dǎo)電性能好，同時(shí)彎曲強(qiáng)度高于153MPa，沖擊強(qiáng)度高于45J/m，綜合性能良好，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù) 合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚苯胺作為一種導(dǎo)電高分子材料，在諸多導(dǎo)電高分子材料中，具有原料易得、合成 簡(jiǎn)單，良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)可逆性、優(yōu)良的電磁微波吸收性能、多樣化的結(jié) 構(gòu)與特殊的摻雜機(jī)制、塑料的低密度加工性、良好的環(huán)境穩(wěn)定性等特性。然而化學(xué)法合成聚 苯胺一般為不規(guī)則顆粒，致密性差，電阻大，實(shí)際導(dǎo)電率并不高。
[0003] 石墨烯作為一種新型的二維碳納米材料，在室溫下具有良好的導(dǎo)電性能，且結(jié)構(gòu) 十分穩(wěn)定，但是由于石墨烯與高分子體系的基材容易出現(xiàn)相容性不佳以及石墨烯分散不均 勻等問題。雖然現(xiàn)有技術(shù)通過聚合法制備的石墨烯-聚合物復(fù)合材料，在一定程度上可以改 善這上述相容性不佳以及石墨烯分散不均勻等問題，但是聚合法制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本 高，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決現(xiàn)有技術(shù)問題的至少一種，提供一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù) 合材料的制備方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下： (1) 將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌； (2) 加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在90-120 °C下攪拌反應(yīng)5-10小時(shí)； (3) 待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌15-30分鐘;再加入石墨烯濃度為l-10mg/ml石墨烯水溶液，以800-1300轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪 拌12-24小時(shí)，之后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于5-10倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置2-5小時(shí)，再用去離子水和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合 材料。
[0006] 進(jìn)一步，所述石墨稀水溶液的石墨稀濃度為3-6mg/ml。
[0007] 進(jìn)一步，在步驟(1)中，所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為1_ 3:2-5:6-11，在步驟(1)中，所述苯胺單體的濃度為6mg/ml-80mg/ml。
[0008] 進(jìn)一步，所述苯胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為8-13:2-5:1-3:10-15。
[0009] 進(jìn)一步，所述苯胺單體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的 質(zhì)量比為 5-10:0 · 04-0 · 3:0 · 1-0 · 5:0 · 06-0 · 4:0 · 1-1。
[0010] 進(jìn)一步，在步驟⑵中，在114°C下攪拌反應(yīng)8小時(shí)。
[0011] 進(jìn)一步，在步驟(3)中，以1100轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌20小時(shí)。
[0012] 進(jìn)一步，所述苯胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為9: 2.6:1.8:14;所述 苯胺單體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為6:0.09:0.25: 0.18:0.4。
[0013] 由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明制備的聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的體積電導(dǎo)率高于580S/m，導(dǎo)電性能好，同時(shí)彎 曲強(qiáng)度高于153MPa，沖擊強(qiáng)度高于45J/m，綜合性能良好，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明， 但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0015] 實(shí)施例1 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下： (1) 將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為1:2:6,所述苯胺單體的 濃度為6mg/ml; (2) 加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在90°C下攪拌反應(yīng)5小時(shí);所述苯胺 單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為8:2:1:10; (3) 待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌15 分鐘;再加入石墨稀濃度為lmg/ml石墨稀水溶液，以800轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌12小時(shí)，之 后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于5倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置2小時(shí)，再用去離子水 和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料。所述苯胺單體、 二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為5:0.04:0.1:0.06:0.1。
[0016] 實(shí)施例2 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下： (1)將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為3:5:11，所述苯胺單體 的濃度為80mg/ml; (2 )加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在120 °C下攪拌反應(yīng)10小時(shí);所述苯 胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為13:5:3:15; (3)待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌30 分鐘;再加入石墨稀濃度為l〇mg/ml石墨稀水溶液，以1300轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌24小時(shí)， 之后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于10倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置5小時(shí)，再用去離子 水和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料。所述苯胺單 體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為10:0.3:0.5:0.4:1。
[0017] 實(shí)施例3 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下： (1)將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為2:3.5:8,所述苯胺單體 的濃度為43mg/ml; (2) 加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在105°C下攪拌反應(yīng)7小時(shí);所述苯 胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為1 〇: 3.5:2:12; (3) 待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌22 分鐘;再加入石墨稀濃度為5mg/ml石墨稀水溶液，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌18小時(shí)， 之后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于7倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置3.5小時(shí)，再用去離 子水和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料。所述苯胺 單體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為7.5 :0.17 :0.3: 0.23:0.5。
[0018] 實(shí)施例4 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下： (1)將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為1.8:4:7.5,所述苯胺單 體的濃度為38mg/ml; (2 )加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在114 °C下攪拌反應(yīng)8小時(shí);所述苯 胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為9:2.6:1.8:14; (3)待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌25 分鐘;再加入石墨稀濃度為3mg/ml石墨稀水溶液，以1100轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌20小時(shí)， 之后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于5-10倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置4小時(shí)，再用去離 子水和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料。所述苯胺 單體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為6 :0.09 :0.25: 0.18:0.4。
[0019] 實(shí)施例5 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下： (1) 將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為2.2:3.7:9,所述苯胺單 體的濃度為42mg/ml; (2) 加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在90-120°C下攪拌反應(yīng)5-10小時(shí)； 所述苯胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為11:4:2.4:13; (3) 待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌25 分鐘;再加入石墨稀濃度為6mg/ml石墨稀水溶液，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌18小時(shí)， 之后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于8倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置3小時(shí)，再用去離子 水和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料。所述苯胺單 體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為6:0.12 :0.3:0.28: 0.5〇
[0020] 對(duì)比例1 本對(duì)比例與實(shí)施例1的區(qū)別之處僅在于:不添加乙二胺和二羥基丙酸。
[0021] 對(duì)比例2 本對(duì)比例與實(shí)施例1的區(qū)別之處僅在于:不添加丁二酸二異辛酯磺酸鈉和二甲基甲酰 胺。
[0022]性能測(cè)試 對(duì)上述各實(shí)施例和對(duì)比例制備的聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料通過注塑成型制成試樣，進(jìn) 行相關(guān)性能測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果為：
由上表可以看出，本發(fā)明制備的聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的體積電導(dǎo)率高于580S/m，導(dǎo) 電性能好，同時(shí)彎曲強(qiáng)度高于153MPa，沖擊強(qiáng)度高于45 J/m，綜合性能良好，具有良好的工業(yè) 應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其步驟如下： (1) 將N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸餾水混合均勻，然后加入苯胺單體，置于冰 浴中攪拌； (2) 加入鹽酸和乙二胺攪拌均勻，再加入過硫酸銨，在90-120 °C下攪拌反應(yīng)5-10小時(shí)； (3) 待反應(yīng)溫度降至室溫，加入二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉，攪拌15-30分鐘;再加入石墨烯濃度為l-10mg/ml石墨烯水溶液，以800-1300轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪 拌12-24小時(shí)，之后離心過濾分離，得到的產(chǎn)物先置于5-10倍產(chǎn)物重量的醋酸溶液中靜置2-5小時(shí)，再用去離子水和丙酮交替洗滌5次，真空冷凍干燥即得高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合 材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 所述石墨稀水溶液的石墨稀濃度為3_6mg/ml。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 在步驟(1)中，所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸餾水的體積比為1-3:2-5:6-11，在步 驟(1)中，所述苯胺單體的濃度為6mg/ml-80mg/ml。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于，所述苯胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為8-13:2-5:1-3:10-15。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于，所述苯胺單體、二羥基丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為δ-?Ο:。 · 04-0 · 3:0 · 卜0 · 5:0 · 06-0 · 4:0 · 1-1 。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 在步驟(2)中，在114°C下攪拌反應(yīng)8小時(shí)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 在步驟(3)中，以1100轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速攪拌20小時(shí)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電率聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 所述苯胺單體、鹽酸、乙二胺和過硫酸銨的質(zhì)量比為9: 2.6:1.8:14;所述苯胺單體、二羥基 丙酸、三乙胺和丁二酸二異辛酯磺酸鈉、石墨烯的質(zhì)量比為6:0.09:0.25:0.18:0.4。
【文檔編號(hào)】C08G73/02GK105885411SQ201610447183
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】彭孝茹
【申請(qǐng)人】蘇州法斯特信息科技有限公司