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1、聚苯胺的制備黃鵬PB10206252中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高分子科學(xué)與工程系230026【摘要】使用過硫酸銨作為氧化劑,在酸性條件下用化學(xué)氧化聚合的方法合成了聚苯胺。合成之后用2mol/L的鹽酸對合成的聚苯胺進(jìn)行了參雜,以使其具有較好的導(dǎo)電性。隨后聚苯胺放在培養(yǎng)皿中拿到烘箱中烘干。通過實驗得到的關(guān)于氧化聚合和導(dǎo)電性高分子材料的進(jìn)一步認(rèn)識?!娟P(guān)鍵詞】聚苯胺導(dǎo)電高分子質(zhì)子酸摻雜【前言】聚苯胺是一種典型的導(dǎo)電性聚合物,具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性和高導(dǎo)電性,且原料便宜,易于合成,因此成為具有商業(yè)應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物之一。目前,聚苯胺的應(yīng)用在二次電池、半導(dǎo)體器件和隱身材料等。齊永曉,趙玉增,楊瑾妮
2、.上海電力學(xué)院學(xué)報,2009,25,5,517-520.從DeBerryW.發(fā)現(xiàn)聚苯胺對鐵基金屬具有保護(hù)作用以來,目前,大量實驗結(jié)果證明了聚苯胺涂料對鐵基金屬具有起陽極保護(hù)作用的防護(hù)能力。目前,開發(fā)聚苯胺防腐涂料已成為高分子導(dǎo)電材料的應(yīng)用和涂料研究開發(fā)領(lǐng)域的一個新的熱點。高煥方,劉通,王連杰.表面技術(shù)2006,35,4,13-20.聚苯胺的結(jié)構(gòu)如下圖所示:通常聚苯胺是其多樣化結(jié)構(gòu)的總稱。與其他聚合物相比,聚苯胺具有:1)結(jié)構(gòu)多樣化,實驗發(fā)現(xiàn)不同的氧化-還原態(tài)的聚苯胺對應(yīng)于不同的結(jié)構(gòu),其顏色和導(dǎo)電率也相應(yīng)發(fā)生變化;2)特殊的參雜機(jī)制,它是通過質(zhì)子酸參雜而導(dǎo)電的,參雜過程中聚苯胺
3、鏈上的電子數(shù)目沒有變化,聚苯胺的這種性能使得它在防腐材料開發(fā)方面顯示出極大的應(yīng)用前景。聚苯胺的聚合過程是一個氧化偶聯(lián)的過程,其機(jī)理為一個鏈?zhǔn)骄酆系臋C(jī)理。。引發(fā)過程是一個苯胺分子失去兩個電子和一個質(zhì)子形成一個nitrenium的過程。生成的nitrenium隨即進(jìn)攻一個苯胺分子的對為氫。鏈增長過程與引發(fā)過程相似,也是首先端頭的伯胺被氧化,隨后生成的nitrenium進(jìn)攻苯胺分子的對位氫進(jìn)行親電取代。因為每增長一個鏈節(jié),聚合物端頭的伯胺都要被氧化活化一次,所以該過程稱為“再活化鏈?zhǔn)骄酆稀薄>郾桨返膶?dǎo)電性來自其用質(zhì)子酸參雜之后具有導(dǎo)電性的聚合物分子形式。其結(jié)構(gòu)并不是前面三圖所示的樣
4、子。通過改變pH和電壓等能夠改變分子的形式?!緦嶒灢襟E】化學(xué)試劑:36%濃鹽酸,苯胺,過硫酸銨。儀器設(shè)備:150mL三口瓶,平衡滴液漏斗,電磁攪拌器,布氏漏斗,水泵。儀器的洗滌和干燥:將三口瓶、配制過硫酸銨和鹽酸的燒杯、滴液漏斗和布氏漏斗用蒸餾水清洗干凈。配制2mol/L的鹽酸:戴手套取25mL36%的濃鹽酸加入100mL蒸餾水中,混合均勻。得到2mol/L的鹽酸。配制2mol/L的過硫酸銨水溶液:用天平稱取11.4g過硫酸銨晶體,輕輕攪拌使其溶解于25mL蒸餾水中。聚合反應(yīng):三口瓶中加入50mL2mol/L的鹽酸,加入4.7g(4.6mL)苯胺,在冰浴下攪拌十分鐘。待溫度降
5、至5℃以下,用滴液漏斗慢慢滴加配制好的過硫酸銨溶液。滴加速度為3s到5s一滴。始終在冰浴中保持溫度低于5℃。滴完之后,在冰浴中保持反應(yīng)溫度低于5℃,并用電磁攪拌,繼續(xù)反應(yīng)一個小時。產(chǎn)物處理:抽濾得到的聚合產(chǎn)品,并用蒸餾水洗滌數(shù)次,再盡量抽干。參雜:將抽濾得到的聚合物轉(zhuǎn)入剩下的鹽酸中,用表面皿蓋上,電磁攪拌兩個小時。隨后抽濾并用蒸餾水稍微洗滌,抽干。產(chǎn)品轉(zhuǎn)入培養(yǎng)皿中,在烘箱中烘干得到最終產(chǎn)品。【實驗現(xiàn)象和思考】實現(xiàn)現(xiàn)象記錄:開始時溶液體系為橙黃色再次為淡黃色,邊緣慢慢變?yōu)榱四G色顏色逐漸變成墨綠色,溫度在2.30攝氏度顏色變成了墨色,發(fā)紫引發(fā)劑的滴加時間為15:53.最后表面皿
6、重35.0g,得到的產(chǎn)物為黑色干燥以后是偏藍(lán)色的顏色干燥后表面皿和產(chǎn)物一起重40.9g。從而產(chǎn)物有5.9g。因為使用過硫酸銨引發(fā)聚苯胺聚合的反應(yīng)時放熱反應(yīng),所以在控制溫度在五攝氏度下的話就需要慢慢的滴加,加的太快會使得溫度難以控制。最后的產(chǎn)物在空氣中是淡藍(lán)色,可能是聚苯胺的鏈節(jié)中氧化部分的含量使得顏色變?yōu)榱说{(lán)色。實驗過程中使用冰水和混合物保持反應(yīng)的溫度保持在五攝氏度一下。用化學(xué)氧化聚合的方法能夠輕易制備聚苯胺。得到的產(chǎn)品為綠色細(xì)小的粉末。簡單的用質(zhì)子酸參雜之后的聚苯胺即具有導(dǎo)電性能。化學(xué)氧化聚合制備聚苯胺過程中要注意保持溫度在5℃以下,使得反應(yīng)平穩(wěn)可控進(jìn)行,并得到質(zhì)量較好的
7、產(chǎn)品。電子導(dǎo)體應(yīng)具有怎樣的結(jié)構(gòu)?為了使其能夠?qū)щ?,還需要采取怎樣的措施?(1)電子導(dǎo)體應(yīng)該具有十分長鏈的共軛結(jié)構(gòu),使得電子能夠在很大范圍內(nèi)較為自由的流動。(2)為了使其能夠?qū)щ?,還需要電子導(dǎo)體進(jìn)行參雜,從而改變共軛主鏈形式變成能夠?qū)щ姷男问健reparationofpolyanilineconductivematerialPengHuangPB10206252PolymerScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyofChina2300