一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，研究了苯胺聚合形成聚苯胺的过程。苯胺会首先发生同质成核反应在不同的反应条件下得到变化繁多的不同形貌，然后在此基础上继续发生异质成核反应而实现次级生长。在此研究的基础上，我们在苯胺发生聚合的过程中引入磁性微球作为异质界面，从而使苯胺聚合的方式发生改变，首先苯胺单体在微球表面发生异质成核反应，进而发生同质成核反应，控制反应条件，得到了聚苯胺纳米纤维。
【专利说明】一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，具体涉及在聚苯胺 的合成过程中，引入磁性微球，使苯胺单体先发生异质成核反应，然后发生同质成核反应， 得到具有高长径比的聚苯胺纳米纤维。
【背景技术】
[0002] 导电聚合物聚苯胺具有制备方法简单，良好的化学稳定性和独特的质子酸掺杂与 去掺杂（不涉及电子得失）等特性，被广泛用于电子传输，传感器，电致变色材料，防腐蚀涂 料，微波吸收和电磁屏蔽材料等领域。将苯胺单体合成具有高长径比的聚苯胺纳米纤维，从 而最大程度的提高聚苯胺的导电能力等特性，成为近来研究的热点。目前，硬模板法，软模 板自组装法，无模板自组装法，固体研磨法，微波辐射法，界面聚合法，稀溶液聚合法，低温 凝胶法，"种子"聚合法，静电纺丝法等方法是制备聚苯胺纳米纤维的常用方法，但是这些方 法形成的聚苯胺纳米纤维不是具有纤维长度短，直径大，长径比小以及许多树枝状分叉等， 就是合成条件苛刻，制备方法复杂不利于聚苯胺纳米纤维的制备。
【发明内容】
[0003] 要解决的技术问题
[0004] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维 的制备方法，在聚苯胺的合成过程中，引入磁性微球，影响苯胺单体的聚合反应，从而实现 具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备。
[0005] 技术方案
[0006] -种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0007] 步骤1 :将2. 44?6. 76wt %磁性微球和93. 24?97. 56wt %苯胺单体，加入到加 入80?90wt %的0?I. Omol/L酸性溶液中，通过超声作用反应至均勻；
[0008] 步骤2 :然后置于磁场强度为0-2000GS的磁场中，再加入溶有水溶性引发剂的 10?20wt%酸性溶液，保持温度为0-60°C，聚合时间为6-24h ;其中水溶性引发剂用量为苯 胺单体物质的量的〇. 10-1. 5倍；
[0009] 步骤3 :进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清洗，以除去未反应的 单体和副产物；
[0010] 步骤4 :在室温下真空干燥，得到具有高长径比的聚苯胺纳米纤维；
[0011] 组合物中各组分的重量百分比之和为1〇〇%。
[0012] 所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、高氯酸、对甲苯磺酸或樟脑磺酸溶液。
[0013] 所述的磁性微球为四氧化三铁、三氧化二铁、钡铁氧体或镍铁氧体微球。
[0014] 所述水溶性引发剂为过硫酸钾，过硫酸铵，三氯化铁或双氧水。
[0015] 有益效果
[0016] 本发明提出的一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，研究了苯胺聚合 形成聚苯胺的过程。苯胺会首先发生同质成核反应在不同的反应条件下得到变化繁多的不 同形貌，然后在此基础上继续发生异质成核反应而实现次级生长。在此研究的基础上，我们 在苯胺发生聚合的过程中引入磁性微球作为异质界面，从而使苯胺聚合的方式发生改变， 首先苯胺单体在微球表面发生异质成核反应，进而发生同质成核反应，控制反应条件，得到 了聚苯胺纳米纤维。
[0017] 本发明在反应体系中，苯胺为功能性单体，引入磁性微球，控制反应温度和磁场强 度，加入水溶性引发剂，使苯胺单体先发生异质成核反应，然后是同质成核反应，得到了聚 苯胺纳米纤维。本发明制备方法简单，所制备的聚苯胺纳米纤维具有单分散性好，高长径 t匕，且化学稳定性好，是一种良好的导电材料候选材料。
[0018] 本发明可以制备优良的聚苯胺纳米纤维，满足其对导电能力的需求。本发明制备 方法简单，所制备的聚苯胺纳米纤维具有高长径比，且稳定性好，能够作为众多应用领域的 候选材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1 :在磁场强度为零下得到聚苯胺纳米纤维的SEM图片
[0020] 图2 :在磁场强度为400Gs下得到聚苯胺纳米纤维的SEM图片
[0021] 图3 :在磁场强度为400Gs下得到聚苯胺纳米纤维的TEM图片
【具体实施方式】
[0022] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0023] 实施例1 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 50mol/L盐酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 050mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；将溶有91. 05mg APS的IOmLO. 50mol/ L的盐酸溶液快速加入到反应容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层 液，加入无水乙醇进行多次清洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温 下真空干燥，即得到PANI纳米纤维。
[0024] 实施例2 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 5mol/L盐酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场强度为 400Gs的平板磁铁；将溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的盐酸溶液快速加入到反应 容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清 洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到PANI纳米 纤维。
[0025] 实施例3 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入I. Omol/L盐酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 40mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场强度为 400Gs的平板磁铁；将溶有728. 4mg APS的IOmL 0. 50mol/L的盐酸溶液快速加入到反应 容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清 洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到PANI纳米 纤维。
[0026] 实施例4 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 5mol/L硫酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；将溶有364. 2mg APS的IOmLO. 50mol/ L的硫酸溶液快速加入到反应容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层 液，加入无水乙醇进行多次清洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温 下真空干燥，即得到PANI纳米纤维。
[0027] 实施例5 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 5mol/L硫酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场强度为 400Gs的平板磁铁；将溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的硫酸溶液快速加入到反应 容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清 洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到PANI纳米 纤维。
[0028] 实施例6 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 5mol/L盐酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场强度为 400Gs的平板磁铁；将溶有431. 3mg KPS的IOmL 0. 50mol/L的盐酸溶液快速加入到反应 容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清 洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到PANI纳米 纤维。
[0029] 实施例7 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 5mol/L盐酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微 球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场强度为 400Gs的平板磁铁；将溶有258. 8mg FeCl3的IOmL 0. 50mol/L的盐酸溶液快速加入到反应 容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清 洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到PANI纳米 纤维。
[0030] 实施例8 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0. 5mol/L盐酸溶液90mL ;将IOmg钡铁氧体 微球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场强度 为400Gs的平板磁铁；将溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的盐酸溶液快速加入到反应 容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清 洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到PANI纳米 纤维。
[0031] 实施例9 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0. 5mol/L对甲苯磺酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场 强度为400Gs的平板磁铁；将溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的对甲苯磺酸溶液快速 加入到反应容器中，在20°C聚合8h;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇 进行多次清洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得 到PANI纳米纤维。
[0032] 实施例10 :在IOOmL圆底烧瓶中，加入0· 5mol/L高氯酸磺酸溶液90mL ;将IOmg Fe3O4微球、0. 20mL苯胺单体加入到反应器中；超声至均匀；离反应器5cm处放置一块磁场 强度为400Gs的平板磁铁；将溶有364. 2mg APS的IOmL 0. 50mol/L的对高氯酸溶液快速加 入到反应容器中，在20°C聚合8h ;将得到的产物进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进 行多次清洗，以除去未反应的单体和副产物，然后进行磁分离；在室温下真空干燥，即得到 PANI纳米纤维。
【权利要求】
1. 一种具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于步骤如下： 步骤1 :将2. 44?6. 76wt %磁性微球和93. 24?97. 56wt %苯胺单体，加入到加入 80?90wt %的O?I. Omol/L酸性溶液中，通过超声作用反应至均勻； 步骤2 :然后置于磁场强度为0-2000GS的磁场中，再加入溶有水溶性引发剂的10? 2〇Wt%酸性溶液，保持温度为0-60°C，聚合时间为6-24h ;其中水溶性引发剂用量为苯胺单 体物质的量的〇. 10-1. 5倍； 步骤3 :进行磁分离，倾去上层液，加入无水乙醇进行多次清洗，以除去未反应的单体 和副产物； 步骤4 :在室温下真空干燥，得到具有高长径比的聚苯胺纳米纤维； 组合物中各组分的重量百分比之和为100%。
2. 根据权利要求1所述具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于： 所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、高氯酸、对甲苯磺酸或樟脑磺酸溶液。
3. 根据权利要求1所述具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于： 所述的磁性微球为四氧化三铁、三氧化二铁、钡铁氧体或镍铁氧体微球。
4. 根据权利要求1所述具有高长径比的聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于： 所述水溶性引发剂为过硫酸钾，过硫酸铵，三氯化铁或双氧水。
【文档编号】D01F6/94GK104213243SQ201410493921
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】张秋禹, 马勇, 乔明涛, 张合鹏 申请人:西北工业大学