聚苯胺的合成與應(yīng)用分析現(xiàn)狀

《聚苯胺的合成與應(yīng)用分析現(xiàn)狀》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、聚苯胺的合成與應(yīng)用分析現(xiàn)狀　　摘要：聚苯胺(PAn)是研究最為廣泛的導(dǎo)電高分子材料之一。本文綜述了聚苯胺的結(jié)構(gòu)、合成方法及其溶解性問題，介紹了聚苯胺的應(yīng)用。 　　關(guān)鍵詞：聚苯胺；導(dǎo)電聚合物；結(jié)構(gòu)；合成；溶解性；應(yīng)用 　　20世紀70年代后期由于聚乙炔的發(fā)現(xiàn)，人們對共軛聚合物的結(jié)構(gòu)和認識不斷深入和提高，逐漸產(chǎn)生了導(dǎo)電高分子這門新興學(xué)科。由于導(dǎo)電高分子材料作為新興不可替代的基礎(chǔ)有機材料之一，幾乎可以用于現(xiàn)代所有新興產(chǎn)業(yè)及高科技領(lǐng)域之中，因此對導(dǎo)電高分子研究不僅具有重大的理論價值，而且具有巨大的應(yīng)用價值。 　　聚苯胺自從19

2、84年，被美國賓夕法尼亞大學(xué)的化學(xué)家MacDiarmid等重新開發(fā)以來，以其良好的熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)可逆性，優(yōu)良的電磁微波吸收性能，潛在的溶液和熔融加工性能，原料易得，合成方法簡便，還有獨特的摻雜現(xiàn)象等特性[1]，成為現(xiàn)在研究進展最快的導(dǎo)電高分子材料之一，以其為基礎(chǔ)材料，目前正在開發(fā)許多新技術(shù)，例如全塑金屬防腐技術(shù)、船舶防污技術(shù)、太陽能電池、電磁屏蔽技術(shù)、抗靜電技術(shù)、電致變色、傳感器元件、催化材料和隱身技術(shù)等。但是，關(guān)于聚苯胺及其衍生物的合成、溶解能力及應(yīng)用等方面，特別是實際應(yīng)用方面還有許多問題有待進一步研究

3、和探討。 1聚苯胺的結(jié)構(gòu) 　　聚苯胺是典型的有機導(dǎo)電聚合物，其結(jié)構(gòu)中的π電子雖具有離域能力，但它并不是自由電子，分子中的共軛結(jié)構(gòu)使π電子體系增大，電子離域性增強，可移動范圍增大，當(dāng)共軛結(jié)構(gòu)達到足夠大時，化合物即可提供自由電子，從而能夠?qū)щ?。MacDiarmid等人將聚苯胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)表示如下: 　　聚苯胺可看作是苯二胺與醌二亞胺的共聚物，y值用于表征聚苯胺的氧化還原程度，不同的y值對應(yīng)于不同的結(jié)構(gòu)、組分及電導(dǎo)率。完全還原型(y=1)和完全氧化型(y=0)都為絕緣體；在0當(dāng)用質(zhì)子酸進行摻雜時，質(zhì)子化優(yōu)先發(fā)生在分子鏈的亞胺氮

4、原子上，質(zhì)子酸發(fā)生離解后，生成的氫質(zhì)子(H+)轉(zhuǎn)移至聚苯胺分子鏈上，使分子鏈中亞胺上的氮原子發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，生成荷電元激發(fā)態(tài)極化子。因此，半氧化半還原態(tài)的聚苯胺經(jīng)質(zhì)子酸摻雜后，分子內(nèi)的醌環(huán)消失，電子云重新分布，氮原子上的正電荷離域到大共軛π鍵中，從而使聚苯胺呈現(xiàn)出高的導(dǎo)電性[3]。 2合成方法 2.1化學(xué)氧化聚合法 　　聚苯胺的化學(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?；瘜W(xué)氧化法能夠制備大批量的聚苯胺，也是最常用的一種制備聚苯胺的方法?；瘜W(xué)氧化法合成聚苯胺主要受反應(yīng)介質(zhì)酸的種類及濃度、氧化劑的種類及濃

5、度、單體濃度和反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素的影響。質(zhì)子酸是影響苯胺氧化聚合的重要因素，它主要起兩方面的作用：提供反應(yīng)介質(zhì)所需要的pH值和以摻雜劑的形式進入聚苯胺骨架賦予其一定的導(dǎo)電性。苯胺化學(xué)氧化聚合常用的氧化劑有：過氧化氫、重鉻酸鹽、過硫酸鹽、氯化鐵等，所得聚苯胺性質(zhì)基本相同。也有用過硫酸銨和碳酸酯類過氧化物組成復(fù)合氧化劑制備聚苯胺的相關(guān)報道[4]。以Fe2+為催化劑和H2O2為氧化劑可合成高溶解性的聚苯胺[5]。過硫酸銨不含金屬離子，后處理簡便，氧化能力強，是最常用的氧化劑。苯胺聚合是放熱反應(yīng)，且聚合過程有一個自加速過

6、程。如果單體濃度過高，則會發(fā)生暴聚，一般單體濃度在0.25～0.5mol/L為宜。在一定的酸濃度范圍內(nèi)，聚合溫度與聚苯胺的電導(dǎo)率無關(guān)，但與聚苯胺的分子質(zhì)量有關(guān)。隨著聚合溫度的降低，聚苯胺的分子質(zhì)量升高，并且結(jié)晶度增加[6]。聚合反應(yīng)在裝有攪拌器的三口瓶中進行，首先在經(jīng)氮氣置換且保護的三口瓶中，依次加入水、鹽酸、苯胺，然后在攪拌下滴加過硫酸銨的鹽酸水溶液。在一定溫度下聚合，將得到的產(chǎn)物過濾，用1mol/L的鹽酸反復(fù)洗滌，然后水洗至濾液基本無色為止。產(chǎn)物在60℃下，真空干燥48h，得到墨綠色摻雜態(tài)聚苯胺。 2.2電化學(xué)聚合

7、法 　　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。操作過程如下：氨與氫氟酸反應(yīng)制得電解質(zhì)溶液，以鉑絲為對電極，鉑微盤電極為工作電極，Cu/CuF2為參比電極，在含電解質(zhì)和苯胺的電解池中，以動電位掃描法進行電化學(xué)聚合，反應(yīng)一段時間后，聚苯胺便牢固地吸附在電極上，形成堅硬的聚苯胺薄膜。電化學(xué)方法合成的聚苯胺純度高，反應(yīng)條件簡單且易于控制。但電化學(xué)法只適宜于合成小批量的聚苯胺。主要的電化學(xué)聚合法有：動電位掃描

8、法、恒電位法、恒電流法和脈沖極化法。最普遍采用的是動電位掃描法，其特點是成膜較為均勻，膜與電極粘著較好。恒電流聚合也能達到這一目的，其特點是成膜快，操作方便。用脈沖極化法可以得到較厚的膜。影響聚苯胺的電化學(xué)法合成的因素有：電解質(zhì)溶液的酸度、溶液中陰離子種類、苯胺單體的濃度、電極材料、電極電位、聚合反應(yīng)溫度等[7]。電解質(zhì)溶液酸度對