一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法。该方法针对当前聚吡咯难溶难熔，难于加工，不利于应用等缺点，采用特定的模版剂在溶液中的临界胶束浓度和利用不同酸、氧化剂含量改变聚吡咯化学氧化聚合行为和聚吡咯纳纤的组装行为，设计合成具有纳米纤状微观结构的聚吡咯，制备特定形貌、长径比可控的纳纤导电粉体，其可广泛应用于传感器、导电涂层、抗静电剂等。
【专利说明】
一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，属于电化学和光电技术领域。
[0002]背景介绍
[0003]聚吡咯(PPy)作为典型的导电聚合物之一，具有导电率高、热稳定性好、耐氧化性强、无毒和易制备的优点，广泛用于电池、传感器、抗静电涂料和半导体电子器件。然而，由大η键形成的聚吡咯高分子具有很强的链刚性，并且分子间和分子内存在强烈的氢键相互作用，导致聚吡咯不溶不熔，这就造成聚吡咯难加工、力学性能差，且不能生物降解，这就限制其发展与应用。
[0004]近些年，具有特定形貌的导电聚合物，如纳米球、纳米线、纳米管、纳米棒和纳米纤维，由于其独特的性能而备受关注；而纤丝状聚吡咯由于其独特形貌，相比其他形貌具有更高的导电性、电化学活性更强、力学性能更优，在树脂中更易形成相互接触的网状导电通路，显著提升涂层的电学性能，并可提高涂层的力学、热力学等性能，因此研究特殊形貌的聚吡咯具有重要的意义
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，该方法针对当前聚吡咯难溶难熔，难于加工，不利于应用，利用软模版剂设计合成具有纳米纤状微观结构的聚吡咯，制备特定形貌、长径比可控的纳纤导电粉体，其可广泛应用于传感器、导电涂层、抗静电剂等。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]将模版剂和吡咯单体溶解于溶剂A中，形成共混溶液，并调节溶液温度为-20-50°C ;将氧化剂溶于溶剂B，形成氧化剂溶液；再将氧化剂溶液滴加到共混溶液中，搅拌反应完全后，用溶剂C终止反应后，进行洗涤、离心、干燥，最终得到电导率为0.1-10S/cm1，直径为50-60nm，长径比为200-500的一种结构、长径比可控的高导电聚吡咯纳米纤维；
[0008]其中所述模版剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或双十二烷基二甲基溴化铵中的至少一种；
[0009]其中所述溶液A为水、乙腈或乙腈/水混合溶液中的至少一种；
[0010]其中所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、三价铁盐或双氧水/ 二价铁盐中的至少一种；
[0011]其中所述溶剂B为水或浓度为0.l-2mol/L的盐酸、冰醋酸或樟脑磺酸中的至少一种；
[0012]其中所述溶剂C为甲醇、乙醇或异丙醇中的至少一种；
[0013]其中吡咯单体与氧化剂摩尔比为(10-0.5): I ；
[0014]其中模版剂用量为(5_20)CMC(即临界胶束浓度)；
[0015]其中洗涤剂为乙醇/水混合溶剂，体积比为(10-0.1): I;离心速率为3000-8000r/min，离心时间为5_30min ;洗涤与离心循环3-5次。
[0016]本发明的有益效果:采用软模版在溶液形成特定形貌的微观结构，采用不同酸、氧化剂含量改变聚吡咯化学氧化聚合行为和聚吡咯纳纤的组装行为，从而使最终的到的聚吡咯微观结构、长径比可控，并且具有较高的电导率。
【具体实施方式】
[0017]下列实施实例用以更详细地描述本发明方案，但本发明并不局限于实例所描述的方案。
[0018]实施例1
[0019]在500mL三口烧瓶中，将3mmol十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶解于150mL去离子水中，室温搅拌30min ;将15mmol吡咯单体加到CTAB溶液中，剧烈搅拌Ih后，预冷至0°C ；滴加7.5mmol过硫酸铵水溶液50mL，30min内滴完，0°C反应24h ;加入10mL甲醇终止反应。用乙醇和水混合溶液(体积比1: 2)洗涤，4000r/min离心30min，循环洗涤、离心直至离心上层液呈无色透明，得黑色粉状微粒，50°C真空干燥至恒重，得电导率为2.67S/CH11，直径为50纳米，长径比为400的聚吡咯纳纤。
[0020]实施例2
[0021]在500mL三口烧瓶中，将5mmol双十二烷基三甲基溴化铵DDAB溶解于150mL乙腈/去离子水(体积比1:1)中，室温搅拌20min ;将15mmol吡咯单体加到DDAB溶液中，剧烈搅拌0.6h后，加热至30°C ;滴加30mmol三氯化铁盐酸溶液(浓度为0.lmol/L)50mL,30min内滴完，30°C反应24h ;加入50mL异丙醇终止反应。用乙醇和水混合溶液(体积比
2:1)洗涤，5000r/min离心20min，循环洗涤、离心直至离心上层液呈无色透明，得黑色粉状微粒，40°C真空干燥至恒重，得电导率为1.55S/cm \直径为60纳米，长径比为300的聚吡咯纳纤。
[0022]实施例3
[0023]在500mL三口烧瓶中，将4mmol十四烷基三甲基溴化铵TTAB溶解于150mL乙腈中，室温搅拌30min ;将15mmol吡咯单体加到TTAB溶液中，剧烈搅拌1.5h后，预冷至_5°C ;滴加15mmol硫酸亚铁/双氧水-樟脑磺酸溶液(浓度为0.2mol/L) 50mL, 30min内滴完，_5°C反应24h ;加入75mL乙醇终止反应。用乙醇和水混合溶液(体积比1:1)洗涤，6000r/min离心lOmin，循环洗涤、离心直至离心上层液呈无色透明，得黑色粉状微粒，45°C真空干燥至恒重，得电导率为2.07S/cm-l，直径为55纳米，长径比为500的聚吡咯纳纤。
【主权项】
1.一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征步骤为: 将模版剂和吡咯单体溶解于溶剂A中，形成共混溶液，并调节溶液温度为-20-50°C ;将氧化剂溶于溶剂B，形成氧化剂溶液；再将氧化剂溶液滴加到共混溶液中，搅拌反应完全后，用溶剂C终止反应后，进行洗涤、离心、干燥，最终得到结构、长径比可控的高导电聚吡咯纳米纤维； 其中所述模版剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或双十二烷基二甲基溴化铵中的至少一种； 其中所述溶液A为水、乙腈或乙腈/水混合溶液中的至少一种； 其中所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、双氧水、三价铁盐或双氧水/ 二价铁盐中的至少一种； 其中所述溶剂B为水或浓度为0.l-2mol/L的盐酸、冰醋酸或樟脑磺酸中的至少一种； 其中所述溶剂C为甲醇、乙醇或异丙醇中的至少一种； 其中吡咯单体与氧化剂摩尔比为(10-0.5): I; 其中模版剂用量为(5-20)CMC(即临界胶束浓度)； 其中洗涤剂为乙醇/水混合溶剂，体积比为(10-0.1): I ;离心速率为3000-8000r/min，离心时间为10_30min ;洗涤与离心循环3-5次。2.如权利I所述的一种高导电聚吡咯纳米纤维的制备方法所得的聚吡咯纳纤，其特征在于:电导率为0.l-10S/cm 1，直径为50-60nm，长径比为200-500。
【文档编号】D01F1/09GK105887234SQ201410783356
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】姚伯龙, 张国标, 齐家鹏, 姜峻, 高旭瑞
【申请人】江南大学