[发明专利]一种聚苯胺接枝碳系材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚苯胺接枝碳系材料的制备方法，具体属于高分子有机材料技术领域。

背景技术

石墨粉、石墨烯、炭黑、碳纤维、碳纳米管等碳系材料在导电器件、吸波材料、导电涂料，航空领域，抗静电等领域有广泛的应用。但是材料存在颗粒小、比表面积大、粒子间的作用力强，极易团聚，不易分散、导电率低、与树脂界面相容性能差等缺点，制约了其更加广泛的应用。

聚苯胺具有良好的热稳定性、化学稳定性、电化学可逆性、电磁微波吸收性能以及独特的防腐性能，在电容器、防腐、太阳能电池、电磁屏蔽等领域有着广泛的应用。为了改善碳系材料分散性、相容性及电导率，在其表面包覆或者接枝聚苯胺是一种良好的方法，并且已经做了很多的研究。在专利CN103337377A中介绍了利用聚苯胺直接包覆石墨烯的方法，并且应用在了电容器上；专利CN103613755A介绍了在石墨烯表面首先接枝硅烷偶联剂，然后利用硅烷偶联剂引发聚苯胺的聚合，从而在石墨烯表面接枝聚苯胺；专利CN104465110A中首先氧化碳纳米管，然后利用羧基与对苯二胺反应，中间通过一个酰胺键将苯胺与碳纳米管连接，最后利用接枝上的苯胺基引发聚苯胺的聚合；专利CN104098944A中介绍了利用液氨与氧化碳纳米管反应的过程，将胺基直接接枝到了碳系材料上，然后引发聚苯胺的制备过程。通过目前的研究分析，我们发现在碳系材料上接枝聚苯胺已经有很多方法，但接枝的聚苯胺没有与碳原子直接链接，中间被非共轭性的基团隔离，严重影响电子传输的流畅性，从而影响材料的导电、吸波等性能。而专利CN104098944A中介绍的直接引入胺基的方法，条件非常苛刻，不利于规模化生产。

本发明首先氧化碳系材料，在表面引入环氧基，然后利用对苯二胺与环氧基的反应在其表面接枝上苯胺基，最后利用苯胺基引发聚苯胺反应，从而在材料表面接枝上导电聚苯胺，并且聚苯胺与碳系材料直接共轭相连，具有更高的电子移动流畅性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯胺接枝碳系材料的制备方法，为了实现上述目的，本发明所述的制备方法步骤如下：

（1）10g碳系材料、100～300ml浓H₂SO₄、3～7gNaNO₃混合后，冰浴条件下在1小时内，缓慢将15～40g高锰酸钾加入其中，加入完毕后反应体系温度逐渐升高到35℃，再保温1小时；然后向反应体系中缓慢加入150～300ml蒸馏水后，将反应体系温度升高到90℃，匀速搅拌30min后，缓慢加入15～40mlH₂O₂，冷却至室温，经过滤、真空干燥，得到氧化碳系材料。

（2）3g氧化碳系材料、5～10ml对苯二胺和20ml甲苯混合后，在70℃反应10h后，经过滤、洗涤、干燥处理后，再与2～5g十二烷基苯磺酸钠、1～15g苯胺、10～25ml异丙醇的水溶液混合，并经30min的超声振荡后搅拌乳化10min，然后在其中加入10～25ml浓度为2mol/L的盐酸溶液，将体系温度控制在0～5℃的冰水浴中，滴加0.8～1.5倍苯胺摩尔量的1mol/L过硫酸铵水溶液，搅拌反应6h；反应完毕后，产物分别用0.33mol/L的盐酸、无水乙醇、蒸馏水依次进行洗涤抽滤，然后经真空干燥，得到聚苯胺接枝碳系材料。

所述的碳系材料可以是石墨粉、石墨烯、炭黑、短碳纤维或碳纳米管。

所述的异丙醇的水溶液中，异丙醇与水的体积比为1：5。

本发明的优点：

本发明通过对碳系材料表面直接共轭接枝聚苯胺，使得聚苯胺接枝改性的碳系材料具有更高的电子移动流畅性，提高了材料整体的导电性，克服了目前绝大多数材料表面接枝聚苯胺后导电性被中断的情况。本发明制备方法简便，反应条件温和，原料易得，适合规模化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细的阐明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

（1）称取10g石墨粉（粒径16um~20um）以及150ml浓H₂SO₄、6gNaNO₃加入到烧杯里，冰浴条件下在1小时内缓慢将30g高锰酸钾加入其中，加入完毕后将温度逐渐升高到35℃，保温1小时。然后向体系中缓慢加入200ml蒸馏水后将温度升高到90℃，匀速搅拌30min，缓慢加入30mlH₂O₂，冷却至室温，过滤，真空干燥。