聚苯胺的合成及表征

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1、聚苯胺的合成及表征（貴州省貴陽市貴州師范學(xué)院11級化本550018）摘要：本實(shí)驗(yàn)采用氧化聚合法，以苯胺為單體，過硫酸銨為氧化劑，探究投料比、酸種類、溫度對合成聚苯胺的影響，及本征態(tài)聚苯胺的溶解性影響因素。用傅里葉紅外光譜儀對聚苯胺參雜前后的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了測試，討論了不同條件對聚合物的影響。同時(shí)探究不同條件下合成的聚苯胺的溶解性。關(guān)鍵詞：聚苯胺合成表征溶解性前言：聚苯胺(PANI)具有多樣結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的摻雜機(jī)，良好的穩(wěn)定性和原料價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn)，一直是高分子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前景目前應(yīng)用最為廣泛的合成聚苯胺的方

2、法是MacDiarmid等提出的水溶液化學(xué)氧化聚合法。該法簡便易行,適合大批量工業(yè)生產(chǎn),但通過該法制備所得聚苯胺的分子鏈含有大量缺陷，產(chǎn)物電導(dǎo)率較低，因此對苯胺化學(xué)氧化法合成條件對產(chǎn)率的影響進(jìn)行了探究。1.實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器　　苯胺（An）(分析純，AR天津博迪化工股份有限公司)、過硫酸銨(APS)(分析純，AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)、鹽酸（HCl，優(yōu)級純）、硫酸（H2SO4）、高氯酸（HClO4）、磷酸（H3PO4）、氨水（NH3·H2O）、四氫呋喃（分析純AR，天津博迪化工股份有限公司）、N,N-二甲基甲

3、酰胺（分析純AR，廣東光華科技股份有限公司）、二甲基亞砜（分析純AR，廣東光華科技股份有限公司）、恒溫玻璃攪拌器、85-2恒溫磁力攪拌器(金壇市城東新瑞儀器廠)、傅里葉TENSOR-27型紅外光譜儀（KBr壓片）1.2　聚苯胺的合成1.2.1　聚苯胺的性質(zhì)溶解性——聚苯胺由于其鏈剛性和鏈間強(qiáng)相互作用，使它的可溶性極差，在大部分常用的有機(jī)溶劑中幾乎不溶，僅部分溶于N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮，這就給表征帶來一定的困難，并且極大地限制了聚苯胺的應(yīng)用。通過結(jié)構(gòu)修飾（衍生物、接枝、共聚）、摻雜誘導(dǎo)、聚合、復(fù)合和制備膠體顆粒等

4、方法獲得可溶性或水溶性的導(dǎo)電聚苯胺。如在聚苯胺分子鏈上引入磺酸基團(tuán)可得到水溶性導(dǎo)電高分子。導(dǎo)電性——聚苯胺的導(dǎo)電性受pH值和溫度影響較大，當(dāng)pH>4時(shí)，電導(dǎo)率與pH無關(guān)，呈絕緣體性質(zhì)；當(dāng)2

5、色是指在外加偏電壓感應(yīng)下，材料的光吸收或光散射特性的變化。這種顏色的變化在外加電場移去后仍能完整地保留。聚苯胺的一個(gè)重要特性就是電致變色性，當(dāng)電位在-0.2~+1.0V之間時(shí)，聚苯胺的顏色隨電位變化而變化，由亮黃色（-0.2V）變成綠色（+0.5V），再變至暗藍(lán)色（+0.8V），最后變成黑色（+1.0V），呈現(xiàn)完全可逆的電化學(xué)活性和電致變色效應(yīng)。當(dāng)電位變化范圍縮小到-0.15~0.4V時(shí)，其電致變色的循環(huán)次數(shù)可達(dá)1,000,000次以上，響應(yīng)時(shí)間在100ms以內(nèi)。光學(xué)性質(zhì)——聚苯胺分子主鏈上含有大量的共軛P電子，當(dāng)受強(qiáng)光照射時(shí)

6、，聚苯胺價(jià)帶中的電子將受激發(fā)至導(dǎo)帶，出現(xiàn)附加的電子-空穴對，即本征光電導(dǎo)，同時(shí)激發(fā)帶中的雜質(zhì)能級上的電子或空穴而改變其電導(dǎo)率，具有顯著的光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)。而且在不同的光源照射下響應(yīng)非常復(fù)雜且非常迅速。在激光作用下，聚苯胺表現(xiàn)出高非線性光學(xué)特性，可用于信息存貯、調(diào)頻、光開關(guān)和光計(jì)算機(jī)等技術(shù)上。1.2.2　聚苯胺的結(jié)構(gòu)A．G．MacDiarmid于1984年首先提出了聚苯胺可相互轉(zhuǎn)化的4種形式,并認(rèn)為無論用化學(xué)氧化法還是電化學(xué)方法合成的導(dǎo)電聚苯胺均對應(yīng)于理想模型的2S(式(1))王佛松等人通過分析聚苯胺的IR和喇曼光譜,確認(rèn)了醌環(huán)的存

7、在并證明了苯、醌環(huán)的比例為3B1(式(2))同時(shí),A1G1MacDiarmid等人修正之前的模型,將聚苯胺的結(jié)構(gòu)概括為：其中:y表示聚苯胺的氧化程度。當(dāng)y=1時(shí),對應(yīng)于還原態(tài)聚苯胺(leucoemeraldine,LE);當(dāng)y=0時(shí),對應(yīng)于氧化態(tài)聚苯胺(pernigraniline,PB);當(dāng)y=015時(shí),對應(yīng)于本征態(tài)聚苯胺(eme-raldine,EB)。顯然,y=015時(shí)苯、醌環(huán)的比例為3B1,與式(2)相同。目前,這一理論已被廣泛認(rèn)可。1.2.3　聚苯胺的合成　　配制1mol/L的鹽酸150ml放入的恒溫玻璃攪拌器中,加

8、入9.3g苯胺，將該燒瓶置入可控溫水浴中。在攪拌條件下,將氧化劑過硫酸銨(APS)的稀鹽酸溶液慢慢滴加至該反應(yīng)體系中。反應(yīng)液由透明無色慢慢變?yōu)樗{(lán)色,繼而顏色加深至藍(lán)黑色。反應(yīng)12小時(shí)的時(shí)間后,對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾,用稀鹽酸洗滌濾餅2次,再用蒸餾水洗至濾液pH=7,再用無水乙醇洗