CN104072763A

CN104072763A - 一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法

Info

Publication number: CN104072763A
Application number: CN201410268539.5A
Authority: CN
Inventors: 陈凯; 李廷希; 郑砚萍; 刘杰; 李坤; 姜琳; 王清
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2014-10-01

Abstract

本发明公开了一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，步骤如下：在恒定的10℃温度下，将2.602g衣康酸溶解于烧瓶中的40ml去离子水中，搅拌，然后将无机吸波材料加入其中，超声波搅拌，再将4ml苯胺加入烧瓶中，搅拌，最后将配好的过硫酸铵溶液滴加进烧瓶中，持续反应6小时后，将烧瓶中的溶液进行抽滤洗涤，放入烘箱中进行烘干，再经研磨后获得可溶性聚苯胺复合吸波材料；所述过硫酸铵溶液是将13.692g过硫酸铵溶于120mL蒸馏水中配制而成的。相比于传统的吸波材料，本发明制得的可溶性聚苯胺复合吸波材料具有较小的密度和重量，同时还有较大的吸波范围，性能优异。

Description

一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法。

背景技术

在现代战争中，武器和导弹如果能够将接收到的雷达波吸收从而达到隐身的目的，将会大大提高在战争中的战斗力。此外，日常生活中人们使用的电磁产品越来越多，因此具有吸波性能电磁屏蔽材料的研究与使用对保护人体的安全也具有极大的意义。

由化学工业出版社2004年出版的隐身材料这本书可知，目前常用的吸波材料主要是金属铁氧体、金属微粒和石墨、碳纤维等，金属材料大多存在密度大、质量重等缺点，而碳系材料的吸波范围又不如铁氧体等金属材料的吸波范围大。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，该方法制得的聚苯胺复合吸波材料能够有效地扩大吸收入射的电磁波范围，同时减少材料的密度和重量。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，步骤如下：在5～15℃温度下，将2.5～2.8g衣康酸溶解于烧瓶中的40～60ml去离子水中，搅拌，然后将无机吸波材料加入其中，超声波搅拌，再将3～5ml苯胺加入烧瓶中，搅拌，最后将配好的过硫酸铵溶液滴加进烧瓶中，持续反应6～10小时后，将烧瓶中的溶液进行抽滤洗涤，放入烘箱中进行烘干，再经研磨后获得可溶性聚苯胺复合吸波材料；所述过硫酸铵溶液是将13～15g过硫酸铵溶于100～150mL蒸馏水中配制而成的。

优选的，所述无机吸波材料为纳米氧化锡。

优选的，所述纳米氧化锡的加入量为0.5～4g。

优选的，所述搅拌时间为30～45分钟，烘干时间为22～24小时。

本发明的有益技术效果是：

1、相比于传统的吸波材料，例如铁氧体、金属氧化物等，本发明制得的可溶性聚苯胺复合吸波材料具有较小的密度和重量，同时还有较大的吸波范围，性能优异。

2、本发明可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法简单，成本较低。

3、本发明制备的的可溶性聚苯胺复合吸波材料能溶解于有机溶剂，具有较好的加工性能，可以方便制成涂料，直接涂覆于需要保护的物品上面。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图；

图2为吸波性能测试数据图，图中分别示出聚苯胺与复合吸波材料PS₁(实施例1制得，氧化锡加入量为0.6g)的吸波性能测试结果；

图3为红外谱图，图中分别示出聚苯胺、氧化锡、复合吸波材料PS₁(实施例1制得，氧化锡加入量为0.6g)、复合吸波材料PS₂(实施例2制得，氧化锡加入量为2.2g)与复合吸波材料PS₃(实施例3制得，氧化锡加入量为3.8g)的红外谱图；

图4为X射线衍射图；图中分别示出氧化锡、复合吸波材料PS₁(实施例1制得，氧化锡加入量为0.6g)、复合吸波材料PS₂(实施例2制得，氧化锡加入量为2.2g)与复合吸波材料PS₃(实施例3制得，氧化锡加入量为3.8g)的X射线衍射数据；

图5为纯聚苯胺的X射线衍射数据图(XRD)；

图6为扫描电镜图；图中a为复合吸波材料PS₁(实施例1制得，氧化锡加入量为0.6g)的扫描电镜图；b为复合吸波材料PS₂(实施例2制得，氧化锡加入量为2.2g)的扫描电镜图；c为为复合吸波材料PS₃(实施例3制得，氧化锡加入量为3.8g)的扫描电镜图；d为纯的氧化锡的扫描电镜图；e为纯的聚苯胺的扫描电镜图；

图7为热重分析数据图；图中分别示出复合吸波材料PS₁(实施例1制得，氧化锡加入量为0.6g)、复合吸波材料PS₂(实施例2制得，氧化锡加入量为2.2g)与复合吸波材料PS₃(实施例3制得，氧化锡加入量为3.8g)的热重分析数据。

具体实施方式

实施例1

在恒定的5℃温度下，将2.5g衣康酸溶解于烧瓶中的40ml去离子水中，搅拌半小时，然后将0.6g纳米氧化锡加入其中，继续超声波搅拌半小时，再将4ml苯胺加入烧瓶搅拌半小时，最后将配好的过硫酸铵溶液(13g过硫酸铵溶于120mL蒸馏水中制得)滴加进烧瓶中，持续反应6小时后，将烧瓶中的溶液进行抽滤洗涤，放入烘箱中进行烘干24h，再经研磨即可获得可溶性聚苯胺复合吸波材料。

实施例2

在恒定的10℃温度下，将2.602g衣康酸溶解于烧瓶中的40ml去离子水中，搅拌半小时，然后将2.2g纳米氧化锡加入其中，继续超声波搅拌半小时，再将4ml苯胺加入烧瓶搅拌半小时，最后将配好的过硫酸铵溶液(13.692g过硫酸铵溶于120mL蒸馏水中制得)滴加进烧瓶中，持续反应6小时后，将烧瓶中的溶液进行抽滤洗涤，放入烘箱中进行烘干24h，再经研磨即可获得可溶性聚苯胺复合吸波材料。

实施例3

在恒定的15℃温度下，将2.8g衣康酸溶解于烧瓶中的40ml去离子水中，搅拌半小时，然后将3.8g纳米氧化锡加入其中，继续超声波搅拌半小时，再将5ml苯胺加入烧瓶搅拌半小时，最后将配好的过硫酸铵溶液(15g过硫酸铵溶于100mL蒸馏水中制得)滴加进烧瓶中，持续反应10小时后，将烧瓶中的溶液进行抽滤洗涤，放入烘箱中进行烘干22h，再经研磨即可获得可溶性聚苯胺复合吸波材料。

聚苯胺，作为导电高分子，导电性可以在绝缘体、半导体和金属导体之间广泛地变化，所以可以拥有较好的吸波性能，同时，将聚苯胺与具有吸波性能的无机材料进行复合，可以在减轻复合材料密度的同时，极大地提高材料的吸波性能。聚苯胺还具有环境稳定性好、酸掺杂简便易行、电导率高及易合成等优点。

将实施例1-3所制备的可溶性聚苯胺复合吸波材料进行红外、xrd、导电性、sem和吸波性能的测试，具体如图2-6所示。

图2为吸波性能测试数据图，从图2中可以看出纯的聚苯胺PANI在15.2GHz处有较大的吸收强度，达到-10.728dB，复合了氧化锡之后，吸收峰移动到了14.2GHz处，强度下降到-2.62dB，但是吸收范围>-0.5dB由5GHz扩大到了9GHz。

图3为红外数据图，可以在复合物中看到PANI的特征吸收峰，分别在513cm-1,811cm-1,1111cm-1,1247cm-1,1295cm-1,1484cm-1,和1572cm-1，其中1484cm-1和1572cm-1为苯环和醌环C＝C和C＝N伸缩振动峰，811cm-1处为芳香族上C-H的伸缩振动峰，1247cm-1和1295cm-1为Ar-N中的C-N·+伸缩振动峰，1111cm-1处为掺杂质子酸的氢离子的振动峰，而513cm-1处为衣康酸的峰，除了聚苯胺的峰之外，在复合物中还可以看到在620cm-1处出现了一个新的吸收峰，通过对比氧化锡的红外数据可以得知，这个位置的峰是氧化锡中Sn–O–Sn的对称吸收峰。由此可以看出，聚苯胺与氧化锡颗粒发生了复合反应，形成了新的物质。

图4为X射线衍射数据图(XRD)，在复合物中可以看到在2θ＝22.66°,33.8°,37.92°,51.88°,54.76°,57.8°,61.94°,64.72°,65.88°,71.04°,78.8°出现衍射峰。图5为纯聚苯胺的X射线衍射数据图(XRD)，从衍射数据图中可以看出在复合物中没有看到聚苯胺在2θ＝6.14°,19.18°,25.38°处的衍射峰，而且随着氧化锡含量的增高，衍射峰的强度明显提升，因此可以推断，在复合物中，聚苯胺对氧化锡的结晶性能没有任何影响，但是氧化锡会减弱聚苯胺的衍射峰。

图6为扫描电镜图。从图6中可以看出纯的聚苯胺(e)呈现出纳米棒结构，而纯的氧化锡(d)为纳米颗粒状，加入氧化锡后，当氧化锡加入量比较少的时候(a)，整体结构还是呈现出纳米棒状，有部分氧化锡被聚苯胺包覆形成壳核结构，随着氧化锡含量的增加，聚苯胺不能完全包覆氧化锡，就会出现聚苯胺与氧化锡并存的结构(b)，当氧化锡和聚苯胺的含量一样多的时候，可以看出，复合物中含有少量的纳米棒结构(c)，聚苯胺与氧化锡混合在一起，聚苯胺的表面覆盖了氧化锡。

图7为热重分析图。从图7中可以看出随着复合物中氧化锡含量的增加，PS3>PS2>PS1,复合材料的热稳定性增加。

另外对复合吸波材料与聚苯胺的导电性及密度进行测试，结果如下表1、2。

表1

分析：电导率的测试是把制得的样品研成粉末，取0.2-0.5g样品用压片机在15MPa下压成13mm直径厚度不等的圆片，通过测试圆片的电导率以得到样品的电导率。从表1中可以看到，掺入氧化锡后，复合物的电导率先增大后减少，后期的减少可能是由于氧化锡覆盖聚苯胺使其棒状结构的电导率下降所致的。

表2

分析：密度的测试是把制得的样品粉末，取0.2-0.5g样品用压片机在15MPa下压成13mm直径厚度不等的圆片，测量圆片的厚度算出体积即可得到样品的密度。从表2中可以看到，随着氧化锡的加入量逐渐增加，密度逐渐增大，重量加重。

Claims

1.一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，其特征在于步骤如下：在5～15℃温度下，将2.5～2.8g衣康酸溶解于烧瓶中的40～60ml去离子水中，搅拌，然后将无机吸波材料加入其中，超声波搅拌，再将3～5ml苯胺加入烧瓶中，搅拌，最后将配好的过硫酸铵溶液滴加进烧瓶中，持续反应6～10小时后，将烧瓶中的溶液进行抽滤洗涤，放入烘箱中进行烘干，再经研磨后获得可溶性聚苯胺复合吸波材料；所述过硫酸铵溶液是将13～15g过硫酸铵溶于100～150mL蒸馏水中配制而成的。

2.根据权利要求1所述的一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，其特征在于：所述无机吸波材料为纳米氧化锡。

3.根据权利要求2所述的一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，其特征在于：所述纳米氧化锡的加入量为0.5～4g。

4.根据权利要求1所述的一种可溶性聚苯胺复合吸波材料的制备方法，其特征在于：所述搅拌时间为30～45分钟，烘干时间为22～24小时。