专利名称：一种聚苯胺纳米纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚苯胺纳米纤维及其制备方法，以含有醚键官能团的聚乙二醇为 模板剂、盐酸为掺杂剂、水与水溶性有机溶剂组成的均相体系为反应介质，利用化学 氧化法通过一系列步骤来制备。
背景技术：
聚苯胺一维纳米结构如纳米线、纳米管、纳米棒及纳米纤维等具有不同于普通的 聚苯胺无规颗粒的性能，在制造纳米功能器件等方面扮演着重要的角色。当材料的特 征维度达到纳米尺寸时，其性能相对于本体材料将发生显著变化。近年来，研究人员 在聚苯胺纳米纤维的制备方面取得了较大的进展，但是尺寸、形貌以及性能可控的聚 苯胺纳米纤维的制备仍然是实现它们在技术上应用的关键。
目前用于制备聚苯胺纳米纤维的方法主要是模板法、自组装法、界面聚合等方法， 这些方法普遍存在以下问题(1)苯胺聚合结束后所采用的模板剂不易去除；(2)反 应介质中油相有机溶剂的环境污染问题；(3)生产)^本高；(4)聚苯胺纳米纤维的形 貌参数难于控制等问题。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种聚苯胺纳米纤维及其制备方法， 以含有醚键官能团的聚乙二醇为模板剂、水与水溶性有机溶剂组成的均相体系为反应 介质，通过化学氧化法以盐酸为掺杂酸来制备聚苯胺纳米纤维。
技术方案
本发明的技术特征在于以含有醚键官能团的聚乙二醇为模板剂、以水与水溶性
有机溶剂的均相体系为反应介质、过硫酸铵为氧化剂、盐酸为惨杂酸；各组分的配比为聚乙二醇0.5 10.0g;水与水溶性有机溶剂组成的均相体系30 150ml，其中水溶 性有机溶剂的体积含量为0 100%;盐酸5 20ml;过硫酸铵2.0 20.0g;苯胺2 10ml。 所述的聚乙二醇数均分子量为500 30000。
所述的水溶性有机溶剂为醇类、酮类能与水形成均相体系的有机溶剂。 一种制备聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于制备步骤如下
(1) 将0.5 10.0g聚乙二醇溶解在30 100ml水与水溶性有机溶剂组成的均相体系 中；
(2) 在搅拌条件下将盐酸5 20ml溶解在上述均相体系中形成盐酸溶液；
(3) 在搅拌条件下加入2 10ml苯胺形成组份A;
(4) 将2.0 20.0g氧化剂过硫酸铵溶解在20 50ml水与水溶性有机溶剂形成的均相 体系中形成组份B;
(5) 在搅拌条件下将组份B连续逐滴滴加到组份A中，滴加速度为0.01 5.0ml/min; 滴加完毕后，继续反应1 24小时，反应温度控制在0'C 5"C之间；
(6) 将反应产物过滤后分别用甲醇、丙酮和去离子水洗涤至滤液无色；
(7) 用盐酸水溶液进行二次掺杂，二次掺杂用的盐酸浓度为0.5 4.0M，掺杂的时 间为0 48小时；
(8) 洗涤后真空干燥即得到聚苯胺纳米纤维，真空干燥时的真空度为0.1 0.9MPa， 干燥的温度为30 100°C。
有益效果
本发明研制的聚苯胺纳米纤维及其制备方法的特点在于(1)本发明采用含有醚 键官能团结构的聚乙二醇为模板剂，通过逐滴滴加过硫酸铵溶液使苯胺在聚合过程中 以聚乙二醇分子为模板，以纳米纤维的方式聚集存在。以溶于水的聚乙二醇为模板剂
有利于在反应结束后将聚乙二醇分子去除；(2)以水与水溶性有机溶剂形成的均相体系为反应介质、避免了界面聚合及乳液聚合中油相有机溶剂的环境污染问题；(3)水 溶性有机溶剂也是许多聚合物的良溶剂，这就为制备聚苯胺纳米纤维导电复合材料提 供了新的研究思路，具有较大的实用价值。以聚乙二醇为模板剂、以水与水溶性有机 溶剂形成的均相体系为反应介质制备的聚苯胺纳米纤维的扫描电镜照片(SEM)及X-
射线衍射图(XRD)如图1、图2、图3所示；采用不同方法制备的聚苯胺的热失重 分析(TGA)如图4所示。
图1:以聚乙二醇为模板剂、水为反应介质制备的聚苯胺纳米纤维的扫描电镜照
片(SEM)及X-射线衍射图(XRD)。
图2:以聚乙二醇为模板剂、水与水溶性有机溶剂形成的均相体系为反应介质制 备的聚苯胺纳米纤维的扫描电镜照片(SEM)及X-射线衍射图(XRD)。
图3:以聚乙二醇为模板剂、水溶性有机溶剂为反应介质制备的聚苯胺纳米纤维 的扫描电镜照片(SEM)及X-射线衍射图(XRD)。
图4:不同方法制备的聚苯胺热失重分析图(TGA)，其中(a)无模板剂、水为反 应介质；(b)以聚乙二醇为模板剂、水为反应介质；(c)以聚乙二醇为模板剂、水与水 溶性有机溶剂形成的均相体系为反应介质；(d)以聚乙二醇为模板剂、水溶性有机溶 剂为反应介质。
具体实施例方式
现结合附图对本发明作进一步描述 实施例l:
(1) 将0.5g聚乙二醇溶解在30ml水中；
(2) 在搅拌条件下将5ml盐酸溶解在上述溶液中；
(3) 在搅拌条件下加入2ml苯胺形成组份A;(4) 将2.0g过硫酸铵溶解在20ml水中形成组份B;
(5) 在搅拌条件下将组份B连续逐滴滴加到组份A中，滴加速度为0.01ml/min，滴 加完毕后，继续反应10小时，反应温度控制在3'C之间；
(6) 将反应产物过滤后分别用甲醇、丙酮和去离子水洗涤至滤液无色；
(7) 用盐酸水溶液进行二次掺杂，二次掺杂用的盐酸浓度为0.5 4.0M，掺杂的时 间为IO小时；
(8) 洗涤后真空干燥即得到聚苯胺纳米纤维，真空干燥时的真空度为0.1 0.9MPa， 干燥的温度为30°C。
实施例2:
(1) 将水与水溶性有机溶剂按体积比1: 1的比例混合形成100ml的均相体系；
(2) 将10.0g聚乙二醇溶解在上述体系中；
(3) 在搅拌的条件下将20 ml盐酸溶解在上述溶液中；
(4) 在搅拌条件下加入10ml苯胺形成组份A;
(5) 将20.0g过硫酸铵溶解在水与水溶性有机溶剂按体积比1: 1的比例混合生成的 50ml均相体系中形成组份B;
(6) 在搅拌条件下将组份B连续逐滴滴加到组份A中，滴加速度为5.0ml/min;滴 加完毕后，继续反应24小时，反应温度控制在5'C之间；
(7) 将反应产物过滤后分别用甲醇、丙酮和去离子水洗涤至滤液无色；
(8) 用盐酸水溶液进行二次掺杂，二次掺杂用的盐酸浓度为0.5 4.0M，掺杂的时 间为48小时；
(9) 洗涤后真空干燥即得到聚苯胺纳米纤维，真空干燥时的真空度为0.1 0.9MPa， 干燥的温度为IO(TC。
实施例3:(1) 将5.0g聚乙二醇溶解在60ml水溶性有机溶剂中；
(2) 在搅拌的条件下将I2ml盐酸溶解在上述溶液中；
(3) 在搅拌条件下加入5ml苯胺形成组份A;
(4) 将10.0g过硫酸铵溶解在400ml水溶性有机溶剂中形成组份B;
(5) 在搅拌条件下将组份B连续逐滴滴加到组份A中，滴加速度为0.01 5.0ml/min;滴加完毕后，继续反应1 24小时，反应温度控制在0°C 5°C 之间；
(6) 将反应产物过滤后分别用甲醇、丙酮和去离子水洗涤至滤液无色；
(7) 用盐酸水溶液进行二次掺杂，二次掺杂用的盐酸浓度为0.5 4.0M，掺杂的 时间为0 48小时;
(8) 洗涤后真空干燥即得到聚苯胺纳米纤维，真空干燥时的真空度为0.1 0,9MPa，干燥的温度为30 100°C。
本发明以含有醚键官能团的聚乙二醇为模板剂、水与水溶性有机溶剂组成的均相 体系为反应介质，通过化学氧化法以盐酸为掺杂酸来制备聚苯胺纳米纤维，这样既有 利于利用聚乙二醇中的醚键官能团作为模板引导聚苯胺纳米纤维的合成，而且采用水 与水溶性有机溶剂为反应体系，避免了界面聚合及乳液聚合中油相有机溶剂的环境污 染问题，另外水溶性有机溶剂也是许多聚合物的良溶剂，这就为制备聚苯胺纳米纤维 导电复合材料提供了新的研究思路，具有较大的实用价值。按本发明提供的以聚乙二 醇为模板剂、以水与水溶性有机溶剂形成的均相体系为反应介质合成的聚苯胺纳米纤 维，其形貌参数可以通过改变模板剂的用量、水溶性有机溶剂的体积含量、掺杂酸的 浓度、反应时间及反应温度等反应参数来控制。
权利要求
1.一种聚苯胺纳米纤维，其特征在于以含有醚键官能团的聚乙二醇为模板剂、以水与水溶性有机溶剂的均相体系为反应介质、过硫酸铵为氧化剂、盐酸为掺杂酸；各组分的配比为聚乙二醇0.5～10.0g；水与水溶性有机溶剂组成的均相体系30～150ml，其中水溶性有机溶剂的体积含量为0～100％；盐酸5～20ml；过硫酸铵2.0～20.0g；苯胺2～10ml。
2. 根据权利要求1所述的聚苯胺纳米纤维，其特征在于所述的聚乙二醇数均分子量为500 30000。
3. 根据权利要求1所述的聚苯胺纳米纤维，其特征在于所述的水溶性有机溶剂为 醇类、酮类能与水形成均相体系的有机溶剂。
4. 一种制备权利要求1 3所述的聚苯胺纳米纤维的制备方法，其特征在于制备步骤如下(1) 将O. 5 10.0g聚乙二醇溶解在30 100ral水与水溶性有机溶剂组成的均相体系 中；(2) 在搅拌条件下将盐酸5 20ml溶解在上述均相休系中形成盐酸溶液；(3) 在搅拌条件下加入2 10ml苯胺形成组份A;(4) 将2.0 20.0g氧化剂过硫酸铵溶解在20 50ml水与水溶性有机溶剂形成的均相 体系中形成组份B;(5) 在搅拌条件下将组份B连续逐滴滴加到组份A中，滴加速度为0.01 5.0ml/min; 滴加完毕后，继续反应1 24小时，反应温度控制在0t: 5。C之间；(6) 将反应产物过滤后分别用甲醇、丙酮和去离子水洗涤至滤液无色；(7) 用盐酸水溶液进行二次掺杂，二次掺杂用的盐酸浓度为0.5 4.0M,掺杂的时 间为0 48小时；(8) 洗涤后真空干燥即得到聚苯胺纳米纤维，真空干燥时的真空度为0.1 0.9MPa， 干燥的温度为30 100°C。
全文摘要
本发明涉及一种聚苯胺纳米纤维及其制备方法，技术特征在于以含有醚键官能团的聚乙二醇为模板剂、以水与水溶性有机溶剂的均相体系为反应介质、过硫酸铵为氧化剂、盐酸为掺杂酸；各组分的配比为聚乙二醇0.5～10.0g；水与水溶性有机溶剂组成的均相体系30～150ml，其中水溶性有机溶剂的体积含量为0～100％；盐酸5～20ml；过硫酸铵2.0～20.0g；苯胺2～10ml。本发明的制备方法对环境污染小、工艺简单、产率高，易于工业化生产，所得聚苯胺纳米纤维具有良好的导电性和热稳定性。用本发明所合成的聚苯胺纳米纤维可应用于防静电材料、电磁屏蔽材料、传感器、二次电池、隐身材料、防腐材料及纳米功能器件等领域。
文档编号C08G73/02GK101284908SQ200710300720
公开日2008年10月15日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者王东红, 英 黄, 齐暑华 申请人:西北工业大学