專利名稱：聚苯胺納米粒子合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚苯胺納米粒子的一種合成方法。
背景技術(shù)：
聚苯胺是一種重要的導(dǎo)電聚合物材料，它具有電導(dǎo)率高、良好的氧化還原可逆性和環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點。Mirmohseni A，Solhjo R.Preparation andcharacterization of aqueous polyaniline battery using a modified polyanilineelectrode.Euro.Polym.J.2003；39(2)219-223。Moraes SR，Huerta-Vilca D，Motheo AJ.Characteristics of polyaniline synthesized in phosphate buffersolution.Euro.Polym.J.2004；40(9)2033-2041。聚苯胺與稀土離子反應(yīng)所形成的大分子配合物具有特殊的化學(xué)和物理性質(zhì)。近二十年來納米粒子由于它們特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注，而人們對導(dǎo)電高聚物納米粒子的興趣主要來源于它們可以應(yīng)用于催化、分子電子學(xué)、能量轉(zhuǎn)換裝置和藥物控制釋放的媒介。通常制備聚合物納米粒子的技術(shù)有“模板合成法”、“微乳液法”、“冷凍干燥法”、“噴涂法”和“表面鋪展膜修補法”。而通常模板法又分為硬模板和軟模板法。使用的硬膜板如多孔氧化鋁H.J.Qiu，J.Zhai，S.H.Li，M.X.Wan，Oriented growth of self-assembled polyanilinenanowire arrays using a novel method，Adv.Funct.Mater.，2003，13，925-928，軟模板法如表面活性劑J.C.Michaelson and A.J.McEvoy，Chem.Commun.，1994，1，79-80。但這些方法往往存在著成本高、模板除去困難、及難以批量生產(chǎn)等不足，因此有必要進一步改進其合成方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供球型聚苯胺納米粒子的合成方法。
將濃度為0.1～4mol dm-3質(zhì)子酸摻雜劑和濃度為0.1～2mol dm-3苯胺單體、濃度為0.1～2mol dm-3稀土氯化物摻雜劑混合均勻后，倒進反應(yīng)器中，在反應(yīng)器兩側(cè)加上外磁場，控制磁場強度在200～2000mT，再向反應(yīng)器內(nèi)加入濃度為0.1～1.0mol dm-3的氧化型引發(fā)劑；所述反應(yīng)溫度為常溫到70℃，反應(yīng)時間為1～8小時。
本發(fā)明采用質(zhì)子酸作為摻雜劑進行氧化聚合反應(yīng)，通過控制反應(yīng)的溫度、質(zhì)子酸的濃度、稀土鹽濃度、單體濃度、引發(fā)劑濃度、磁場強度可以用來調(diào)控納米粒子的大小。合成的成本低，工藝易于控制。合成的球型聚苯胺納米粒子，粒徑在30～100nm。本發(fā)明產(chǎn)物聚苯胺納米粒子在光電子器件、信息、傳感器、分子導(dǎo)線和分子器件，以及電磁屏蔽和隱身技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用前景。
上述質(zhì)子酸摻雜劑溶液與苯胺單體溶液、稀土氯化物摻雜劑溶液、氧化型引發(fā)劑溶液的重量比為3～7∶9～90∶30～40∶3～7。
本發(fā)明所述氧化型引發(fā)劑為過硫酸鹽或三氯化鐵。
所述質(zhì)子酸摻雜劑為無機酸。
所述無機酸可以為鹽酸或硫酸或硝酸或磷酸或高氯酸。
所述質(zhì)子酸摻雜劑為有機酸。
所述有機酸為草酸。
所述稀土氯化物摻雜劑可以為SmCl3或GdCl3或LaCl3或NdCl3或ErCl3。


圖1為本發(fā)明所得一種聚苯胺納米粒子掃描電鏡照片。
圖2為本發(fā)明所得一種聚苯胺納米粒子透射電鏡照片。
具體實施例方式
1、反應(yīng)溶液的配制質(zhì)子酸摻雜劑(鹽酸或硫酸或硝酸或磷酸或高氯酸或草酸溶液)濃度為0.1～2mol dm-3；苯胺單體濃度為0.1～1.0mol dm-3；稀土氯化物摻雜劑(SmCl3或GdCl3或LaCl3或NdCl3或ErCl3)濃度為0.1～2moldm-3。
2、氧化型引發(fā)劑(過硫酸銨或三氯化鐵)的配制濃度為0.1～1.0moldm-3。
3、將配制好的3～7g質(zhì)子摻雜劑鹽酸和9～90g苯胺單體、30～40g稀土摻雜劑氯化釤(SmCl3)溶液混合均勻，待用。
4、將上述混合液倒入密閉反應(yīng)器中，將反應(yīng)器通過水浴加熱來控制溫度在70℃以下。在反應(yīng)器的兩側(cè)加上磁場強度為200～2000mT磁場，在10分鐘內(nèi)，向反應(yīng)器逐漸加入配制好的20～200g氧化型引發(fā)劑過硫酸銨，控制整個反應(yīng)時間為1～8小時。
上述鹽酸溶液可以用硫酸或硝酸或磷酸或高氯酸或草酸溶液替代。
SmCl3溶液可以用GdCl3或LaCl3或NdCl3或ErCl3溶液替代。
過硫酸銨溶液可以用三氯化鐵溶液替代。
5、分析反應(yīng)完成后，得到墨綠色的懸浮液，經(jīng)過濾后，用1.0mol dm-3稀鹽酸洗滌至濾液為無色。干燥后用透射電鏡(TEM)或掃描電鏡(SEM)觀察粒子形貌，產(chǎn)物主要是直徑為30～100nm的聚苯胺納米顆粒，如圖1、2所示。紅外光譜、紫外光譜分析表明，產(chǎn)物為含稀土的摻雜態(tài)聚苯胺。測定樣品的電導(dǎo)率大致為0.1～10S cm-1范圍內(nèi)。
6、應(yīng)用事例與常規(guī)合成的聚苯胺難溶、難熔導(dǎo)致其加工困難相比，聚苯胺粒子的納米化大大拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)舉例如下1)由于聚苯胺納米粒子的粒徑小于可見光波長，將聚苯胺納米粒子與普通塑料共混復(fù)合制成的導(dǎo)電膜，保持兩者導(dǎo)電率相同所需聚苯胺苯胺納米粒子的用量大大低于常規(guī)聚苯胺的用量，使導(dǎo)電膜的可見光透過率達95％，這是常規(guī)合成的聚苯胺無法實現(xiàn)的。同時，采用聚苯胺納米粒子，還能改善導(dǎo)電膜的力學(xué)性能。
2)與常規(guī)合成的聚苯胺相比，由聚苯胺納米粒子與普通塑料共混復(fù)合制成的導(dǎo)電膜具有良好的導(dǎo)電性，使其在抗靜電涂層和抗靜電薄膜等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
3)在金屬防腐涂料領(lǐng)域，聚苯胺納米粒子也顯示出優(yōu)于傳統(tǒng)聚苯胺的獨特性能。由粒徑為70～100nm的聚苯胺納米粒子組成的防腐涂料，使金屬的防腐性能提高70％以上。
另外，由聚苯胺納米粒子制成的自支撐膜，其氣體阻隔性能也大大提高，它的透氧系數(shù)與傳統(tǒng)聚苯胺相比減少了400％。預(yù)計在塑料包裝膜、保鮮膜方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.聚苯胺納米粒子的合成方法，其特征在于將濃度為0.1～4mol dm-3質(zhì)子酸摻雜劑和濃度為0.1～2mol dm-3苯胺單體、濃度為0.1～2mol dm-3稀土氯化物摻雜劑混合均勻后，倒進反應(yīng)器中，在反應(yīng)器兩側(cè)加上外磁場，控制磁場強度在200～2000mT，再向反應(yīng)器內(nèi)加入濃度為0.1～1.0mol dm-3的氧化型引發(fā)劑；所述反應(yīng)溫度為常溫到70℃，反應(yīng)時間為1～8小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成方法，其特征在于質(zhì)子酸摻雜劑溶液與苯胺單體溶液、稀土氯化物摻雜劑溶液、氧化型引發(fā)劑溶液的重量比為3～7∶9～90∶30～40∶3～7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述氧化型引發(fā)劑為過硫酸鹽或三氯化鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述質(zhì)子酸摻雜劑為無機酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述合成方法，其特征在于所述無機酸為鹽酸或硫酸或硝酸或磷酸或高氯酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述質(zhì)子酸摻雜劑為有機酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述合成方法，其特征在于所述有機酸為草酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述稀土氯化物摻雜劑為SmCl3或GdCl3或LaCl3或NdCl3或ErCl3。
全文摘要
聚苯胺納米粒子合成方法，涉及聚苯胺納米粒子的一種合成方法。將濃度為0.1～4mol dm
文檔編號C08K5/00GK1814653SQ20061003861
公開日2006年8月9日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者闞錦晴, 周甦 申請人:揚州大學(xué)