聚苯胺的合成與應(yīng)用

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1、導(dǎo)電聚苯胺的合成與應(yīng)用摘要：主要介紹了導(dǎo)電聚苯胺的合成、結(jié)構(gòu)以及其在導(dǎo)電防腐方面的應(yīng)用，并對它的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電聚苯胺合成應(yīng)用前景SynthesisandApplicationofConductivePolyanilineAbstract:Thesynthesis,structureandapplicationinelectricconductionandanticorrosionofconductivepolyanilineweremainlyintroduced.Applicationp

2、rospectofpolyanilinewasprospected.Keywords:ConductivePolyanilineSynthesisApplicationProspect5引言自從1976年，美國賓夕法尼亞大學(xué)的化學(xué)家MacDiarmid教授及其研究小組首次發(fā)現(xiàn)摻雜后的聚乙炔具有類似于金屬的導(dǎo)電性后，關(guān)于聚合物一定是絕緣體的說法被打破，人們開始了對導(dǎo)電聚合物的研究。在以后的研究中逐步發(fā)現(xiàn)了聚吡咯、聚對苯撐、聚苯硫醚、聚噻吩、聚苯胺等導(dǎo)電高分子。在這些高分子聚合物中，聚苯胺由于原料易得、合成簡便

3、、具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性以及可逆的氧化還原特性，受到大家的關(guān)注，成為研究的焦點(diǎn)。1聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)由聚苯胺的紅外光譜(IR)和Raman光譜可知聚苯胺中存在苯環(huán)單元和醌環(huán)單元。1987年，王佛松等人明確指出“苯環(huán)單元與醌環(huán)單元的比約為3:1”[1]。劉丹丹等人[2-4]在其文章中指出聚苯胺的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖1聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)Fig.1Molecularstructureofpolyaniline其中，y表征聚苯胺的氧化還原程度，當(dāng)y=1時，聚苯胺處于全還原態(tài)；當(dāng)y=0時，聚苯胺處于全氧化態(tài)；當(dāng)y介于0與1之

4、間時，聚苯胺處于中間氧化態(tài)，其中y=0.5時的聚苯胺經(jīng)摻雜后導(dǎo)電效果最好。2聚苯胺的摻雜2.1質(zhì)子酸摻雜本征態(tài)的聚苯胺并不導(dǎo)電，但經(jīng)過相對分子量較大、尺寸較大的功能質(zhì)子酸和小分子無機(jī)酸摻雜后其電導(dǎo)率大大提高[5-9]。5質(zhì)子酸摻雜是聚苯胺區(qū)別于其它高分子聚合物的重要特征。聚苯胺的質(zhì)子酸摻雜首先從醌二亞胺上氮原子質(zhì)子化開始，醌二亞胺環(huán)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，苯二胺單元失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，這樣質(zhì)子所攜帶的電子便離域到了4個芳環(huán)的范圍[10]，摻雜反應(yīng)過程如圖2所示。聚苯胺的質(zhì)子酸摻雜涉及質(zhì)子的捕獲與釋放，并不涉

5、及電子的得失，因而它不是一種氧化還原反應(yīng)。聚苯胺的摻雜率可用下面式子表示：摻雜率其中，-氮原子總數(shù)；-經(jīng)摻雜反應(yīng)后所生成的帶正電荷氮自由基的原子數(shù)。圖2聚苯胺的摻雜反應(yīng)Fig.2Dopedreactionofpolyaniline2.2氧化摻雜全還原態(tài)聚苯胺可以進(jìn)行氧化摻雜，如“光助氧化摻雜”和“碘摻雜”。全還原態(tài)的聚苯胺和聚甲苯胺的鹽酸鹽在空氣中很不穩(wěn)定，可以自發(fā)地發(fā)生空氣氧化摻雜，而且紫外和可見光可加速該摻雜過程，因而被稱為“光助氧化摻雜”。當(dāng)全還原態(tài)的聚苯胺與碘反應(yīng)時，其分子中苯環(huán)單元逐漸減少，聚苯胺

6、由全還原態(tài)變?yōu)橹虚g氧化態(tài)，此時聚苯胺的電導(dǎo)率大大增加，此摻雜過程稱為碘摻雜。2.3離子注入摻雜離子注入摻雜是采用離子注入的方法控制分子的聚集狀態(tài)，以達(dá)到材料表面改性的技術(shù)。其基本原理為：材料被離子束照射后，離子束與材料中的分子和原子發(fā)生一系列的物理和化學(xué)作用，入射離子逐漸失去能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得新的性能[11]。聚苯胺的離子注入摻雜為一個還原摻雜過程，全氧化態(tài)的聚苯胺經(jīng)過離子（如）注入摻雜后，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。它的氧化單元（醌環(huán)單元

7、）隨注入離子的增加逐漸消失，當(dāng)達(dá)到一定程度后，它的光譜則呈現(xiàn)出普通酸摻雜的聚苯胺的光譜性質(zhì)，并且，其電導(dǎo)率可大大提高。聚苯胺的離子注入摻雜是一種用物理方法達(dá)到化學(xué)轉(zhuǎn)化目的的手段，它不受化學(xué)方法中某些條件的限制，并且摻雜均勻，重復(fù)性好，利于大規(guī)模生產(chǎn)。3聚苯胺的合成3.1電化學(xué)聚合法5電化學(xué)法制備聚苯胺是在含苯胺的電解質(zhì)溶液中，選擇適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)條件，使苯胺在陽極上發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，生成粘附于電極表面的聚苯胺薄膜或是沉積在電極表面的聚苯胺粉末。它的因素有：電解質(zhì)溶液的酸度、溶液中陰離子種類、苯胺單體的濃度、電極

8、材料、電極電位等。其中電解質(zhì)溶液酸度對苯胺的電化學(xué)聚合影響最大，當(dāng)溶液pH<1.8時，聚合可得到具有氧化還原活性并有多種可逆顏色變化的聚苯胺膜；當(dāng)溶液pH>1.8時，聚合則得到無電活性的惰性膜。電化學(xué)法合成的聚苯胺純度高、成膜速率快、易于控制成膜的厚度，但是該法不適于大批量合成聚苯胺。3.2化學(xué)氧化聚合法化學(xué)氧化聚合法是在酸性水溶液中，用氧化劑使苯胺單體氧化聚合。影響化學(xué)氧化法合成聚苯胺的因素有反應(yīng)質(zhì)子酸的種類和