一種炭黑增強導電聚苯胺的製備方法與流程

2023-12-01 08:57:16 1

本發明屬於材料領域，具體涉及一種炭黑增強導電聚苯胺的製備方法。

背景技術：

聚苯胺作為導電高分子材料之一，因其化學穩定性好、耐候性佳、原料廉價易得、合成方法簡單以及導電性能等，被認為是最具有商業應用價值的結構性導電高分子，在生物傳感器、防腐材料、吸波材料等領域有巨大市場需求。但聚苯胺電導率不高以及後期加工處理、穩定性差的問題使其在推廣應用上受到較大影響；

因此通過複合改性技術在一定程度上改善其加工性能差、穩定性差並提高電導率成為一種有效途徑，不僅可以獲得功能性複合材料，也拓寬了它的應用領域；

申請號201610673248.3，公開了一種石墨烯-聚苯胺複合材料的製備及方法，其是將氧化石墨烯、苯胺的鹽酸溶液混合，通過熱處理，得到石墨烯-聚苯胺複合材料，該複合材料的製備方法中沒有對石墨烯進行有機化處理，容易造成無機填料的團聚，降低成品複合材料的穩定性強度。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有技術的缺陷和不足，提供一種炭黑增強導電聚苯胺的製備方法。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種炭黑增強導電聚苯胺的製備方法，包括以下步驟：

(1)取10-13重量份的炭黑，與1-2重量份的四甲基氫氧化銨混合，加入到混合料重量2-10倍的、乙醇分散液中，攪拌均勻，升高溫度為60-65℃，加入1-3重量份的八甲基環四矽氧烷，保溫攪拌20-30分鐘，得炭黑矽烷醇分散液；

(2)取0.7-1重量份的雙咪唑烷基脲，加入到其重量10-14倍的去離子水中，攪拌均勻，加入1-2重量份的三乙胺，在40-50℃下保溫攪拌20-30分鐘，與上述炭黑矽烷醇分散液混合，攪拌均勻，得胺化炭黑矽烷醇分散液；

(3)取130-150重量份的苯胺、2-3重量份的蓖麻油酸混合，加入到混合料重量10-13倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述胺化炭黑矽烷醇分散液混合，加入0.1-0.2重量份的辛酸亞錫，在40-50℃下保溫攪拌1-2小時，出料冷卻，得醯胺化苯胺炭黑溶液；

(4)取上述醯胺化苯胺炭黑溶液，與4-6重量份的硫酸二甲酯混合，攪拌均勻，蒸餾除去乙醇，脫水，常溫乾燥，升高溫度為50-65℃，加入到其重量1.6-2倍的四氫呋喃中，攪拌均勻，加入0.7-1重量份的氫化鋁鋰，在70-75℃下保溫攪拌1-2小時，蒸餾除去四氫呋喃，得甲基醯胺化苯胺炭黑；

(5)取2-3重量份的過硫酸銨，加入到其重量140-150倍的去離子水中，攪拌均勻；

(6)取上述甲基醯胺化苯胺炭黑，與2-4重量份的乙酸混合，加入到混合料重量1-2倍的去離子水中，送入到反應釜中，通入氮氣，升高溫度為70-75℃，滴加上述過硫酸銨水溶液，滴加完畢後保溫攪拌1-2小時，出料冷卻，脫水，真空80-85℃下乾燥1-2小時，冷卻至常溫，即得所述炭黑增強導電聚苯胺。

所述的乙醇分散液的製備方法為：將1-2重量份的聚苯並咪唑加入到20-30倍的無水乙醇中，在70-75℃下保溫攪拌20-30分鐘，即得。

本發明的優點：

本發明首先將炭黑通過八甲基環四矽氧烷、三乙胺處理，得到胺化炭黑矽烷，然後與蓖麻油酸改性的苯胺混合，以醇分散液為溶劑，通過三乙胺與羧基的反應，得到醯胺化苯胺，再以硫酸二甲酯為甲基化助劑，氫化鋁鋰為催化劑，得甲基醯胺化炭黑，然後與苯胺單體混合，以過硫酸銨為引發劑，經聚合，得到炭黑增強導電聚苯胺；

本發明將炭黑與苯胺單體混合，再聚合，有效的提高了炭黑在聚合物間的分散性，有效的降低了團聚，提高了成品材料的穩定性強度，提高了斷裂伸長率等力學性能，本發明加入的炭黑有效的提高了成品材料的導電性能。

具體實施方式

實施例1

一種炭黑增強導電聚苯胺的製備方法，包括以下步驟：

(1)取13重量份的炭黑，與2重量份的四甲基氫氧化銨混合，加入到混合料重量10倍的、乙醇分散液中，攪拌均勻，升高溫度為65℃，加入3重量份的八甲基環四矽氧烷，保溫攪拌30分鐘，得炭黑矽烷醇分散液；

(2)取1重量份的雙咪唑烷基脲，加入到其重量14倍的去離子水中，攪拌均勻，加入2重量份的三乙胺，在50℃下保溫攪拌30分鐘，與上述炭黑矽烷醇分散液混合，攪拌均勻，得胺化炭黑矽烷醇分散液；

(3)取150重量份的苯胺、2重量份的蓖麻油酸混合，加入到混合料重量10倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述胺化炭黑矽烷醇分散液混合，加入0.1重量份的辛酸亞錫，在40℃下保溫攪拌1小時，出料冷卻，得醯胺化苯胺炭黑溶液；

(4)取上述醯胺化苯胺炭黑溶液，與6重量份的硫酸二甲酯混合，攪拌均勻，蒸餾除去乙醇，脫水，常溫乾燥，升高溫度為65℃，加入到其重量2倍的四氫呋喃中，攪拌均勻，加入1重量份的氫化鋁鋰，在75℃下保溫攪拌2小時，蒸餾除去四氫呋喃，得甲基醯胺苯胺炭黑；

(5)取2-3重量份的過硫酸銨，加入到其重量140-150倍的去離子水中，攪拌均勻；

(6)取上述甲基醯胺苯胺炭黑，與4重量份的乙酸混合，加入到混合料重量2倍的去離子水中，送入到反應釜中，通入氮氣，升高溫度為75℃，滴加上述過硫酸銨水溶液，滴加完畢後保溫攪拌2小時，出料冷卻，脫水，真空85℃下乾燥2小時，冷卻至常溫，即得所述炭黑增強導電聚苯胺。

所述的乙醇分散液的製備方法為：將2重量份的聚苯並咪唑加入到30倍的無水乙醇中，在75℃下保溫攪拌20分鐘，即得。

實施例2

(1)取10重量份的炭黑，與1重量份的四甲基氫氧化銨混合，加入到混合料重量2倍的、乙醇分散液中，攪拌均勻，升高溫度為60℃，加入1重量份的八甲基環四矽氧烷，保溫攪拌20分鐘，得炭黑矽烷醇分散液；

(2)取0.7重量份的雙咪唑烷基脲，加入到其重量10倍的去離子水中，攪拌均勻，加入1重量份的三乙胺，在40℃下保溫攪拌20分鐘，與上述炭黑矽烷醇分散液混合，攪拌均勻，得胺化炭黑矽烷醇分散液；

(3)取130重量份的苯胺、2重量份的蓖麻油酸混合，加入到混合料重量13倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述胺化炭黑矽烷醇分散液混合，加入0.2重量份的辛酸亞錫，在50℃下保溫攪拌2小時，出料冷卻，得醯胺化苯胺炭黑溶液；

(4)取上述醯胺化苯胺炭黑溶液，與4重量份的硫酸二甲酯混合，攪拌均勻，蒸餾除去乙醇，脫水，常溫乾燥，升高溫度為50℃，加入到其重量1.6倍的四氫呋喃中，攪拌均勻，加入0.7重量份的氫化鋁鋰，在70℃下保溫攪拌1小時，蒸餾除去四氫呋喃，得甲基醯胺化苯胺炭黑；

(5)取2重量份的過硫酸銨，加入到其重量140倍的去離子水中，攪拌均勻；

(6)取上述甲基醯胺化苯胺炭黑，與2重量份的乙酸混合，加入到混合料重量1倍的去離子水中，送入到反應釜中，通入氮氣，升高溫度為70℃，滴加上述過硫酸銨水溶液，滴加完畢後保溫攪拌1小時，出料冷卻，脫水，真空80℃下乾燥1小時，冷卻至常溫，即得所述炭黑增強導電聚苯胺。

所述的乙醇分散液的製備方法為：將1重量份的聚苯並咪唑加入到20倍的無水乙醇中，在70℃下保溫攪拌20分鐘，即得。

性能測試：

傳統聚苯胺的電導率為2.2-2.5s/cm、本發明導電聚苯胺材料的電導率為18-23s/cm；

傳統聚苯胺的斷裂伸長率為20-35％，本發明導電聚苯胺材料的斷裂伸長率為150-180％；

可以看出，本發明材料的電導率、斷裂伸長率具有明顯的提高。