本發(fā)明屬于導電復合材料制備領域，具體涉及一種棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料的制備方法及應用。
背景技術：
：涂料涂覆于基材上所形成的涂層普遍存在靜電積累現(xiàn)象，目前，主要通過向涂層中添加導電粉體來解決此問題。市場上常用的導電粉體大都為球狀，具有添加量大，易造成沉淀，影響基體樹脂力學性能等，所以開發(fā)纖維狀導電材料成為其發(fā)展的必然趨勢。目前的纖維狀導電填料的核體材料主要為人工合成的纖維狀鈦酸鉀、針狀二氧化鈦等，導電膜層主要為金屬氧化物。這些導電填料成本較高，價格昂貴。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料的制備方法：以凹凸棒石為載體，首先將氧化鐵納米顆粒負載于凹凸棒石棒晶表面，然后在氧化鐵自溶解的過程中利用釋放出來的Fe3+氧化其表面的苯胺單體，形成一種棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料，具體操作為：(1)將可溶性鐵鹽溶解于凹凸棒石棒晶分散液中，浸漬后一邊攪拌，一邊滴加堿性溶液至體系pH值穩(wěn)定保持在8～9，過濾、洗滌濾餅并干燥，冷卻、粉碎即制得Fe2O3/凹凸棒石復合材料，其中，凹凸棒石分散液的質(zhì)量百分濃度為10％，浸漬時間為2～6小時，可溶性鐵鹽的加入量以Fe2O3質(zhì)量計，與凹凸棒石的質(zhì)量比為0.3～1.0:1，濾餅在溫度為200～300℃的空氣氣氛下干燥1～4小時，冷卻至室溫(25℃，下同)粉碎，可溶性鐵鹽為Fe(NO3)3·9H2O、Fe2(SO4)3·5H2O、FeCl3·6H2O、Fe2(C2O4)3·5H2O中的一種或幾種的組合，堿性溶液為氫氧化鈉溶液、氨水、碳酸氫鈉溶液、碳酸氫銨溶液、碳酸鈉溶液、碳酸銨溶液中的一種或幾種的組合，濃度為1～2摩爾/升；(2)將步驟(1)中得到的Fe2O3/凹凸棒石復合材料加入到去離子水中，超聲分散后加入苯胺單體，并且一邊攪拌一邊向其中滴加鹽酸溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應4～8小時，過濾、洗滌濾餅并干燥，冷卻、粉碎即制得一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料，其中，F(xiàn)e2O3/凹凸棒石復合材料與去離子水的質(zhì)量比為0.05～0.25:1，苯胺單體與復合材料中Fe2O3的摩爾比為1～2:1，鹽酸溶液的濃度為2～4摩爾/升，加入的鹽酸溶液中的HCl與復合材料中Fe2O3摩爾比為6～7:1，過濾后洗滌濾餅至濾液pH值為6～7，并在60～80℃下干燥4～6小時。本發(fā)明還提供了一種上述方法制備的一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料在涂料中的應用。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明首先在凹凸棒石表面生成氧化鐵，再利用Fe2O3被鹽酸溶解產(chǎn)生的Fe3+來原位氧化事先吸附在凹凸棒石表面的苯胺單體，使得苯胺單體被緩慢氧化形成具有特定球形形狀的聚苯胺均勻地附著在凹凸棒石表面，而非簡單的層狀負載，這樣的結(jié)構(gòu)使得凹凸棒石/聚苯胺復合材料的表面與涂料環(huán)境接觸程度更大從而能更好地發(fā)揮導電功效，且更有利于促進復合材料在涂料體系中的分散性；同時鹽酸還可作為聚苯胺的摻雜劑，以提高聚苯胺的導電性能。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例4所制得的一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料的透射電鏡(TEM)照片。圖2為本發(fā)明對比例1所制得的一維棒-膜狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料的透射電鏡(TEM)照片。具體實施方式實施例1(1)將0.25千克Fe(NO3)3·9H2O溶解于1.0千克質(zhì)量百分濃度為10％的凹凸棒石棒晶分散液中，浸漬2小時后，一邊攪拌，一邊滴加摩爾濃度為2摩爾/升的氨水溶液至體系pH值能穩(wěn)定保持在9，過濾、洗滌濾餅并于300℃的空氣氣氛下干燥4小時，冷卻至室溫粉碎，即制得Fe2O3/凹凸棒石復合材料；(2)將步驟(1)中得到的Fe2O3/凹凸棒石復合材料加入到2.0千克去離子水中，超聲分散60分鐘后加入0.145千克苯胺單體，攪拌3小時后，在溫度為5℃的條件下，一邊攪拌，一邊向上述混合液中緩慢滴加4.68升摩爾濃度為2摩爾/升的鹽酸溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應8小時，過濾，洗滌濾餅至洗滌液pH值為6，將所得濾餅在80℃下干燥4小時，粉碎，即制得一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料。實施例2(1)將0.075千克Fe(NO3)3·9H2O溶解于1.0千克質(zhì)量百分濃度為10％的凹凸棒石棒晶分散液中，浸漬6小時后，一邊攪拌，一邊滴加摩爾濃度為1摩爾/升的氨水溶液至體系pH值能穩(wěn)定保持在8，過濾、洗滌濾餅并于200℃的空氣氣氛下干燥1小時，冷卻至室溫粉碎，即制得Fe2O3/凹凸棒石復合材料；(2)將步驟(1)中得到的Fe2O3/凹凸棒石復合材料加入到2.0千克去離子水中，超聲分散30分鐘后加入0.027千克苯胺單體，攪拌1小時后，在溫度為0℃的條件下，一邊攪拌，一邊向上述混合液中緩慢滴加2.5升摩爾濃度為4摩爾/升的鹽酸溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應4小時，過濾，洗滌濾餅至洗滌液pH值為7，將所得濾餅在60℃下干燥6小時，粉碎，即制得一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料。實施例3(1)將0.165千克Fe(NO3)3·9H2O溶解于1.0千克質(zhì)量百分濃度為10％的凹凸棒石棒晶分散液中，浸漬4小時后，一邊攪拌，一邊滴加摩爾濃度為1.5摩爾/升的氨水溶液至體系pH值能穩(wěn)定保持在8.5，過濾、洗滌濾餅并于250℃的空氣氣氛下干燥2.5小時，冷卻至室溫粉碎，即制得Fe2O3/凹凸棒石復合材料；(2)將步驟(1)中得到的Fe2O3/凹凸棒石復合材料加入到2.0千克去離子水中，超聲分散45分鐘后加入0.105千克苯胺單體，攪拌2小時后，在溫度為2.5℃的條件下，一邊攪拌，一邊向上述混合液中緩慢滴加3.12升摩爾濃度為3摩爾/升的鹽酸溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應6小時，過濾，洗滌濾餅至洗滌液pH值為6.5，將所得濾餅在70℃下干燥5小時，粉碎，即制得一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料。實施例4(1)將0.2千克Fe(NO3)3·9H2O溶解于1.0千克質(zhì)量百分濃度為10％的凹凸棒石棒晶分散液中，浸漬5小時后，一邊攪拌，一邊滴加摩爾濃度為1.8摩爾/升的氨水溶液至體系pH值能穩(wěn)定保持在8.8，過濾、洗滌濾餅并于240℃的空氣氣氛下干燥3小時，冷卻至室溫粉碎，即制得Fe2O3/凹凸棒石復合材料；(2)將步驟(1)中得到的Fe2O3/凹凸棒石復合材料加入到2.0千克去離子水中，超聲分散30分鐘后加入0.215千克苯胺單體，攪拌2.5小時后，在溫度為2℃的條件下，一邊攪拌，一邊向上述混合液中緩慢滴加3.5升摩爾濃度為2.5摩爾/升的鹽酸溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應5小時，過濾，洗滌濾餅至洗滌液pH值為6.8，將所得濾餅在65℃下干燥5.5小時，粉碎，即制得一維棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料(可參見附圖1)。對比例1在上述實施例4的基礎上，將“加入堿性溶液”的操作刪去，即未在凹凸棒石表面形成氧化鐵而直接基于鐵離子對苯胺單體進行氧化聚合：將0.2千克Fe(NO3)3·9H2O溶解于1.0千克質(zhì)量百分濃度為10％的凹凸棒石棒晶分散液中，浸漬5小時后，再加入1.0千克的去離子水，超聲分散30分鐘后加入0.215千克苯胺單體，攪拌2.5小時后，在溫度為2℃的條件下，一邊攪拌，一邊向上述混合液中緩慢滴加3.5升摩爾濃度為2.5摩爾/升的鹽酸溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應5小時，過濾，洗滌濾餅至洗滌液pH值為6.8，將所得濾餅在65℃下干燥5.5小時，粉碎。本對比例中，由于未有氧化鐵生成，最終得到的聚苯胺以普通層狀結(jié)構(gòu)負載于凹凸棒石表面，即一維棒-膜狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料，如附圖2所示。對上述各實施例、對比例制備的凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料分別取5克在壓片機(769YP-24B型，天津市科器高新技術公司)上以相同工藝壓成片狀(直徑10cm),然后采用雙電測四探針測試儀(RTS-9型，廣州四探針科技有限公司)測試其體積電阻率。結(jié)果如表1所示：表1體積電阻率(Ω·cm)實施例11.4實施例22.2實施例31.5實施例41.1對比例13.8對上述實施例4、對比例1制備的凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料分別取100克加入到1000克水性丙烯酸乳液中，再向其中加入12.5克201甲基硅油、25.0克醋酸丁酯纖維素(CAB381-0.1)和387.7克去離子水混合，機械球磨3小時，即制成導電涂料。將上述基于實施例4和對比例1所得到的涂料均勻地刷涂在打磨后的馬口鐵上，測試力學性能；均勻地刷涂在絕緣的塑料板表面，測試涂層的表面電阻率，刷涂后的樣板均在40℃下干燥24小時，干燥后涂層厚度為45微米，按GB/T16906-1997測定涂層的表面電阻率，附著力測定按GB/T1720的規(guī)定執(zhí)行，抗沖擊強度測定按GB/T1732的規(guī)定執(zhí)行，硬度測定按GB/T6739的規(guī)定執(zhí)行，結(jié)果如表2所示，表2可見，與普通的棒-膜狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料相比，本發(fā)明所制備的棒-球狀凹凸棒石/聚苯胺導電復合材料在涂料中具有優(yōu)異的導電和力學等應用性能。當前第1頁1 2 3