一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种高导电率聚苯胺?石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下：（1）将N?甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混匀，加入苯胺单体，搅拌；（2）加入盐酸和乙二胺混匀，再加入过硫酸铵，加热搅拌反应；（3）待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌；再加入石墨烯水溶液，高速搅拌，之后离心过滤分离，洗涤，真空冷冻干燥即得。本发明制备的聚苯胺?石墨烯复合材料的体积电导率高于580S/m，导电性能好，同时弯曲强度高于153MPa，冲击强度高于45J/m，综合性能良好，具有良好的工业应用前景。
【专利说明】
一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于石墨烯复合材料技术领域，具体涉及一种高导电率聚苯胺-石墨烯复 合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚苯胺作为一种导电高分子材料，在诸多导电高分子材料中，具有原料易得、合成 简单，良好的导电性和化学稳定性、电化学可逆性、优良的电磁微波吸收性能、多样化的结 构与特殊的掺杂机制、塑料的低密度加工性、良好的环境稳定性等特性。然而化学法合成聚 苯胺一般为不规则颗粒，致密性差，电阻大，实际导电率并不高。
[0003] 石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，在室温下具有良好的导电性能，且结构 十分稳定，但是由于石墨烯与高分子体系的基材容易出现相容性不佳以及石墨烯分散不均 匀等问题。虽然现有技术通过聚合法制备的石墨烯-聚合物复合材料，在一定程度上可以改 善这上述相容性不佳以及石墨烯分散不均匀等问题，但是聚合法制备工艺复杂，生产成本 高，不适合工业化生产。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决现有技术问题的至少一种，提供一种高导电率聚苯胺-石墨烯复 合材料的制备方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为： 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下： (1) 将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌； (2) 加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在90-120 °C下搅拌反应5-10小时； (3) 待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌15-30分钟;再加入石墨烯浓度为l-10mg/ml石墨烯水溶液，以800-1300转/分钟的速度高速搅 拌12-24小时，之后离心过滤分离，得到的产物先置于5-10倍产物重量的醋酸溶液中静置2-5小时，再用去离子水和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合 材料。
[0006] 进一步，所述石墨稀水溶液的石墨稀浓度为3-6mg/ml。
[0007] 进一步，在步骤(1)中，所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为1_ 3:2-5:6-11，在步骤(1)中，所述苯胺单体的浓度为6mg/ml-80mg/ml。
[0008] 进一步，所述苯胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为8-13:2-5:1-3:10-15。
[0009] 进一步，所述苯胺单体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的 质量比为 5-10:0 · 04-0 · 3:0 · 1-0 · 5:0 · 06-0 · 4:0 · 1-1。
[0010] 进一步，在步骤⑵中，在114°C下搅拌反应8小时。
[0011] 进一步，在步骤(3)中，以1100转/分钟的速度高速搅拌20小时。
[0012] 进一步，所述苯胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为9: 2.6:1.8:14;所述 苯胺单体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为6:0.09:0.25: 0.18:0.4。
[0013] 由于采用了以上技术方案，本发明的有益效果是： 本发明制备的聚苯胺-石墨烯复合材料的体积电导率高于580S/m，导电性能好，同时弯 曲强度高于153MPa，冲击强度高于45J/m，综合性能良好，具有良好的工业应用前景。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。
[0015] 实施例1 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下： (1) 将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为1:2:6,所述苯胺单体的 浓度为6mg/ml; (2) 加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在90°C下搅拌反应5小时;所述苯胺 单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为8:2:1:10; (3) 待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌15 分钟;再加入石墨稀浓度为lmg/ml石墨稀水溶液，以800转/分钟的速度高速搅拌12小时，之 后离心过滤分离，得到的产物先置于5倍产物重量的醋酸溶液中静置2小时，再用去离子水 和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料。所述苯胺单体、 二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为5:0.04:0.1:0.06:0.1。
[0016] 实施例2 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下： (1)将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为3:5:11，所述苯胺单体 的浓度为80mg/ml; (2 )加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在120 °C下搅拌反应10小时;所述苯 胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为13:5:3:15; (3)待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌30 分钟;再加入石墨稀浓度为l〇mg/ml石墨稀水溶液，以1300转/分钟的速度高速搅拌24小时， 之后离心过滤分离，得到的产物先置于10倍产物重量的醋酸溶液中静置5小时，再用去离子 水和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料。所述苯胺单 体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为10:0.3:0.5:0.4:1。
[0017] 实施例3 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下： (1)将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为2:3.5:8,所述苯胺单体 的浓度为43mg/ml; (2) 加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在105°C下搅拌反应7小时;所述苯 胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为1 〇: 3.5:2:12; (3) 待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌22 分钟;再加入石墨稀浓度为5mg/ml石墨稀水溶液，以1000转/分钟的速度高速搅拌18小时， 之后离心过滤分离，得到的产物先置于7倍产物重量的醋酸溶液中静置3.5小时，再用去离 子水和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料。所述苯胺 单体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为7.5 :0.17 :0.3: 0.23:0.5。
[0018] 实施例4 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下： (1)将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为1.8:4:7.5,所述苯胺单 体的浓度为38mg/ml; (2 )加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在114 °C下搅拌反应8小时;所述苯 胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为9:2.6:1.8:14; (3)待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌25 分钟;再加入石墨稀浓度为3mg/ml石墨稀水溶液，以1100转/分钟的速度高速搅拌20小时， 之后离心过滤分离，得到的产物先置于5-10倍产物重量的醋酸溶液中静置4小时，再用去离 子水和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料。所述苯胺 单体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为6 :0.09 :0.25: 0.18:0.4。
[0019] 实施例5 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其步骤如下： (1) 将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌;所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为2.2:3.7:9,所述苯胺单 体的浓度为42mg/ml; (2) 加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在90-120°C下搅拌反应5-10小时； 所述苯胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为11:4:2.4:13; (3) 待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌25 分钟;再加入石墨稀浓度为6mg/ml石墨稀水溶液，以1000转/分钟的速度高速搅拌18小时， 之后离心过滤分离，得到的产物先置于8倍产物重量的醋酸溶液中静置3小时，再用去离子 水和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料。所述苯胺单 体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为6:0.12 :0.3:0.28: 0.5〇
[0020] 对比例1 本对比例与实施例1的区别之处仅在于:不添加乙二胺和二羟基丙酸。
[0021] 对比例2 本对比例与实施例1的区别之处仅在于:不添加丁二酸二异辛酯磺酸钠和二甲基甲酰 胺。
[0022]性能测试 对上述各实施例和对比例制备的聚苯胺-石墨烯复合材料通过注塑成型制成试样，进 行相关性能测试，其测试结果为：
由上表可以看出，本发明制备的聚苯胺-石墨烯复合材料的体积电导率高于580S/m，导 电性能好，同时弯曲强度高于153MPa，冲击强度高于45 J/m，综合性能良好，具有良好的工业 应用前景。
【主权项】
1. 一种高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，其步骤如下： (1) 将N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和蒸馏水混合均匀，然后加入苯胺单体，置于冰 浴中搅拌； (2) 加入盐酸和乙二胺搅拌均匀，再加入过硫酸铵，在90-120 °C下搅拌反应5-10小时； (3) 待反应温度降至室温，加入二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠，搅拌15-30分钟;再加入石墨烯浓度为l-10mg/ml石墨烯水溶液，以800-1300转/分钟的速度高速搅 拌12-24小时，之后离心过滤分离，得到的产物先置于5-10倍产物重量的醋酸溶液中静置2-5小时，再用去离子水和丙酮交替洗涤5次，真空冷冻干燥即得高导电率聚苯胺-石墨烯复合 材料。2. 根据权利要求1所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于， 所述石墨稀水溶液的石墨稀浓度为3_6mg/ml。3. 根据权利要求1所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于， 在步骤(1)中，所述N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、蒸馏水的体积比为1-3:2-5:6-11，在步 骤(1)中，所述苯胺单体的浓度为6mg/ml-80mg/ml。4. 根据权利要求1-3任一所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征 在于，所述苯胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为8-13:2-5:1-3:10-15。5. 根据权利要求1-3任一所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征 在于，所述苯胺单体、二羟基丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为δ-?Ο:。 · 04-0 · 3:0 · 卜0 · 5:0 · 06-0 · 4:0 · 1-1 。6. 根据权利要求1所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于， 在步骤(2)中，在114°C下搅拌反应8小时。7. 根据权利要求1所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于， 在步骤(3)中，以1100转/分钟的速度高速搅拌20小时。8. 根据权利要求1所述的高导电率聚苯胺-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于， 所述苯胺单体、盐酸、乙二胺和过硫酸铵的质量比为9: 2.6:1.8:14;所述苯胺单体、二羟基 丙酸、三乙胺和丁二酸二异辛酯磺酸钠、石墨烯的质量比为6:0.09:0.25:0.18:0.4。
【文档编号】C08G73/02GK105885411SQ201610447183
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】彭孝茹
【申请人】苏州法斯特信息科技有限公司