聚苯胺的合成及表征論文

1、聚苯胺的合成及表征作者：周XX作者單位：貴州，貴陽(yáng)，貴州XX學(xué)院，郵編1、 摘要：主要探究在不同條件下，例如投料比、酸種類、酸度、不同摻雜劑對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率的影響，通過紅外光譜測(cè)定其結(jié)構(gòu)，找到最佳合成產(chǎn)率途徑。2、 關(guān)鍵詞：聚苯胺、合成、探究、結(jié)構(gòu)、表征、測(cè)定。緒論：聚苯胺的特征： 1826年，德國(guó)化學(xué)家Dtto Unverdorben通過熱解蒸餾靛藍(lán)首次制得苯胺（anline），產(chǎn)物當(dāng)時(shí)被稱為“Krystalin”,意即結(jié)晶，因其可與硫酸、磷酸形成鹽的結(jié)構(gòu)。1840年，F(xiàn)dtzeche從靛藍(lán)中得到物色的油狀物苯體，將其命名為anline。而且他可能制得了少量苯胺的低聚物，1862年HLhet

2、bey也證實(shí)了苯胺可以在氧化下形成某些固體顆粒。單由于對(duì)高分子本質(zhì)缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，聚苯胺的市級(jí)研究拖延了幾乎一個(gè)市級(jí)，知道1984年，MacDiarmid提出了被廣泛接受的苯式（還原單元）醌式（氧化單元）結(jié)構(gòu)共存模型。隨著兩種結(jié)構(gòu)單元的含量不同，聚苯胺處于不同程度的氧化還原狀態(tài)，并可以互相轉(zhuǎn)化。 聚苯胺有許多性能，如導(dǎo)電性、氧化還原性、催化性能、電致變色行為、質(zhì)子交換性質(zhì)及光電性質(zhì)，最重要的是導(dǎo)電性及電化學(xué)性能。同意處理后，可制得各種具有特殊功能的設(shè)備和材料，如可做為生物或化學(xué)傳感器的尿素酶?jìng)鞲衅?，電子?chǎng)發(fā)射源、轉(zhuǎn)傳統(tǒng)鋰電極材料在充放電過程中更具優(yōu)異的可逆性電極材料、選擇性膜材料、防腐材料等等

3、。1、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、探究投料比對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率的影響；2、探究不同酸種類對(duì)合成產(chǎn)率的影響；3、探究不同酸度對(duì)合成產(chǎn)率的影響；4、探究不同摻雜劑對(duì)合成產(chǎn)率的影響；5、找出聚苯胺的最佳溶劑；6、用紅外光譜測(cè)定聚苯胺結(jié)構(gòu)；1.1儀器與試劑儀器：恒溫磁力攪拌儀，85-2型，金壇市城東新瑞儀器廠低溫恒溫器，中國(guó)，重慶銀河儀器有限公司試劑：第一實(shí)驗(yàn)組：苯胺 硫代硫酸銨 磺基水楊酸 水楊酸 氨基磺酸 對(duì)甲基苯磺酸第二實(shí)驗(yàn)組：苯胺 硫代硫酸銨 硫酸 鹽酸 磷酸 高氯酸第三實(shí)驗(yàn)組：苯胺 硫代硫酸銨 投料比（1:1、1:1.5、：1：2.0、1:3.0）第四實(shí)驗(yàn)組：苯胺 硫代硫酸銨 鹽酸濃度（0.5mol/L、1

4、mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L）1.2聚苯胺的合成聚苯胺的合成方法主要有兩種，化學(xué)合成方法與電化學(xué)合成方法。在本實(shí)驗(yàn)中主要采用化學(xué)合成方法，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(jìn)入聚苯胺骨架賦予其一定的導(dǎo)電性。本實(shí)驗(yàn)讓苯胺在四種摻雜劑水溶液磺基水楊酸、水楊酸、氨基磺酸、對(duì)甲基苯磺酸中，用氧化劑使苯胺氧化聚合，進(jìn)過8小時(shí)的不斷攪拌，多次用水洗滌、過濾，調(diào)節(jié)產(chǎn)品PH=6，在經(jīng)過85真空干燥，獲得粉末狀聚苯胺樣品，導(dǎo)電率為 1.2.1投料比對(duì)聚苯胺合成的影響 稱取一定量的苯胺，氧化劑按照不同比例1:1、1:1.5、1:2

5、.0、1:3.0投放，經(jīng)過多次用水洗滌、過濾，干燥，稱量不同投料比下的產(chǎn)率。1.2.2不同摻雜劑對(duì)聚苯胺合成的影響 稱取一定量的苯胺，向其中加入不同摻雜劑磺基水楊酸、水楊酸、氨基磺酸、對(duì)甲基苯磺酸，經(jīng)過多次用水洗滌，過濾，干燥，稱量出加入不同摻雜劑下聚苯胺的合成產(chǎn)率。1.2.3不同酸度種類對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率的影響 稱取一定量的苯胺，向其中加入不同酸度種類鹽酸（HCL）、硫酸（H2SO4）、磷酸（H3PO4）、高氯酸（HClO4）,經(jīng)過多次用水洗滌、過濾、干燥，稱量出不同酸度下聚苯胺的合成產(chǎn)率。1.2.4不同酸度濃度（HCL）對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率的影響 稱取一定量的苯胺，想其中加入不同酸濃度0.5mo

6、l/L、1mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L的不同濃度的鹽酸溶液，經(jīng)過多次用水底細(xì)，過濾、干燥，成兩處不同酸度濃度下聚苯胺的合成產(chǎn)率。1.3聚苯胺的溶解性探究聚苯胺在單一溶劑與不同有機(jī)溶劑中溶解性的差異，導(dǎo)電態(tài)聚苯胺以及聚合方法對(duì)聚苯胺溶解性的影響1。1.4聚苯胺的紅外測(cè)試取1g聚苯胺溶于稀氨水1mol攪拌1小時(shí)，脫去H+，得到本征態(tài)聚苯胺，進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。2、 結(jié)果與分析2.1聚苯胺的合成產(chǎn)率結(jié)果分析2.1.1不同投料比對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響如表1所示：表1 不同投料比對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響投料比（氧化態(tài)：苯胺）苯胺/g聚苯胺/g產(chǎn)率/%1:19.3428.1787.451:1.5

7、4.6254.597.31:24.65653.7780.961:39.347.8584.05從表1中可以看出，四種不同投料比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可分析出，當(dāng)投料比（硫代硫酸銨/苯胺）為1:1.5時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率達(dá)到最高97.3%，當(dāng)投料比為1:1時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率達(dá)到87.45%，相對(duì)投料比1:2、1:3時(shí)，合成產(chǎn)率較高。2.1.2不同摻雜劑對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響如表2所示：表2 不同摻雜劑對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響摻雜物苯胺/g聚苯胺/g產(chǎn)率/%磺基水楊酸3.14392.502179.59對(duì)甲基苯磺酸3.142.3875.8氨基磺酸2.32822.104590.3水楊酸2.652.596899.54從

8、表2中可以看出，四種不同摻雜劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可分析出，當(dāng)使用水楊酸時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率達(dá)到最高99.54%，使用氨基磺酸時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率達(dá)到90.3%，而使用兩外兩種摻雜劑時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率打不到80%。因此，在使用摻雜劑時(shí)，應(yīng)選用氨基磺酸和水楊酸最為適宜。2.1.3不同酸度種類對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響如表3所示：表3 不同酸度種類對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響酸的種類苯胺/g聚苯胺/g產(chǎn)率/%鹽酸4.654.086.02硫酸4.6514.3292.9磷酸4.654.0486.88高氯酸4.6500.919.35從表3中可以看出，四種不同酸度種類的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可分析出，當(dāng)使用硫酸時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率達(dá)到9

9、2.9%，而使用鹽酸以及磷酸對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響差別不大，并且產(chǎn)率均達(dá)到86%以上，而使用酸性最強(qiáng)的高氯酸，聚苯胺的產(chǎn)率只有19.35%。因此對(duì)于酸度種類選擇上，應(yīng)選用硫酸最為適宜。2.1.4不同酸濃度對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響如表4所示：表4 不同酸濃度對(duì)聚苯胺合成產(chǎn)率影響HCl濃度/moL/L苯胺/g聚苯胺/g產(chǎn)率/%12.351.9884.251.521.68840.52.3251.9885.1622.351.877從表4中可以看出，HCL四種不同酸濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中課分析出，當(dāng)HCL濃度比為0.5mol/L時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率達(dá)到85.16%，為四種不同酸濃度下最高產(chǎn)率，而使用1mol/L、1

10、.5mol/L、2mol/L濃度時(shí)，聚苯胺的合成產(chǎn)率分別為84.25%，84%以及77%。由此可推斷出，在酸濃度在0.5mol/L2mol/L時(shí)，對(duì)于聚苯胺的合成產(chǎn)率沒有太大影響。2.2聚苯胺在不同溶劑中的溶解性結(jié)果分析表5 聚苯胺在有機(jī)酸摻雜中溶解度有機(jī)酸摻雜溶解率/%DMSO（二甲基亞楓）摻雜/本征DMF（二甲基甲酰胺）摻雜/本征DBP（鄰苯二甲酸二丁脂）摻雜/本征THF（四氫呋喃）摻雜/本征二甲苯摻雜/本征PAn-BHA（水楊酸）5-22.85PAn-LSA（氨基磺酸）68.6818.882.54PAn-SSA（磺基水楊酸）-181.4-489.4-936.2-26.6PAn-PTSA（

11、對(duì)甲基苯磺酸）103611如表5數(shù)據(jù)可知，由于聚苯胺屬于鏈剛結(jié)構(gòu)，因此聚苯胺具有難溶性。由于四個(gè)實(shí)驗(yàn)小組所使用的有機(jī)溶劑不同，從表中可以看書，P-An在使用DMF作為有機(jī)溶劑時(shí)，P-An-LSA摻雜時(shí)，聚苯胺的溶解率提升到82.54%。因此，聚苯胺在有機(jī)酸摻雜時(shí)，最佳溶劑為二甲苯。表6 聚苯胺在HCL不同酸濃度下溶解度酸濃度P-An溶解率/%四氫呋喃乙腈N-N-二甲基甲酰胺二甲苯0.5mol/L3040401.0mol/L-1010101.5mol/L1020122.0mol/L201050如表6分析可知，聚苯胺在不同酸濃度下，P-An的溶解率在HCL濃度為2mol/L時(shí)，在二甲苯中溶解率達(dá)到

12、50%。表7 聚苯胺在不同投料比下的溶解度苯胺-氧化態(tài)苯胺投料比溶解率1:1.01:1.51:2.01:3.0溶劑溶解率/%溶劑溶解率/%溶劑溶解率/%溶劑溶解率/%N,N-二甲基甲?；?10二甲苯-33.3鄰苯二甲酸二丁酯-77.1二氯甲烷10N-甲基吡咯烷酮9.6正丁醇-20乙腈13.3鄰苯二甲酸二丁酯10四氫呋喃-20二甲基亞砜-43.3N,N-二甲基甲酰胺-54.7乙二醇丁醚33.3N,N-二甲基甲酰胺N-甲基吡咯烷酮-3.2N,N-二甲基甲酰胺和四氫呋喃-33.3鄰苯和N,N-二甲基甲酰胺-74.03二氯甲烷和乙二醇丁醚23.3N,N-二甲基甲酰胺四氫呋喃-6.5N,N-二甲基甲酰胺

13、和二氯甲烷-16.7N,N-二甲基甲酰胺和乙腈20.33N-甲基吡咯烷酮四氫呋喃-17四氫呋喃和二氯甲烷-50鄰苯二甲酸二丁酯和乙腈-76從表7中可以看出，當(dāng)苯胺-氧化苯胺的投料比為1:3，并且用乙二醇丁醚作為溶劑時(shí)，聚苯胺的溶解率為33.3%，達(dá)到最高溶溶解效率。表8 聚苯胺在不同質(zhì)子酸下的溶解率苯胺-氧化態(tài)苯胺投料比溶解率1mol/L鹽酸1mol/L硫酸1mol/L磷酸1mol/L次氯酸溶劑溶解率/%溶劑溶解率/%溶劑溶解率/%溶劑溶解率/%四氫呋喃22.49氨水19氨水14氨水22.5乙腈12.87乙腈33.3乙腈與鄰苯二甲酸二丁酯11.6乙腈10二甲基亞砜-9.09二甲基亞砜13.3N

14、,N-二甲基甲酰胺16.7乙二醇丁醚0N,N-二甲酰胺31.78N,N-二甲基甲酰胺和四氫呋喃10二甲基亞砜63.3二甲基亞砜0-甲基甲酰胺16.7乙二醇丁醚和四氫呋喃10四氫呋喃10從表8中數(shù)據(jù)可以得出，聚苯胺在相同濃度，不同種類酸摻雜情況下，使用1mol/L磷酸合成的聚苯胺，使用二甲基亞砜作為溶劑時(shí)，聚苯胺的溶解率達(dá)到63.3%，因此當(dāng)在不同種類酸摻雜時(shí)，二甲基亞楓為最佳溶劑，溶解率為63.3%。2.2紅外光譜分析本征態(tài) 摻雜態(tài)紅外光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，它的頻率只會(huì)使分子發(fā)生震動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化，所以紅外光譜主要反映了分子振動(dòng)能級(jí)的變化。芳香族伯胺伯胺的N-H伸縮振動(dòng)在3500-3400cm-1的

15、區(qū)域，有兩個(gè)吸收峰；締合的N-H伸縮振動(dòng)則向底波數(shù)方向移動(dòng)，而仲胺在這個(gè)區(qū)域只有一個(gè)吸收峰。仲胺的N-H彎曲振動(dòng)則在1650-1590cm-1。芳香族胺的C-N伸縮振動(dòng)在1360-1250cm-1，其中伯芳胺在1340-1250cm-1，仲芳胺在1360-1280cm-1，叔芳胺在1360-1310cm-1。3結(jié)論（1） 合成聚苯胺時(shí)所用的酸應(yīng)為氧化性較弱的的強(qiáng)酸（2） 過高的酸濃度會(huì)使得聚苯胺水解（3） 聚苯胺是難溶解的有機(jī)物參考文獻(xiàn)1 匡汀,廖力夫,劉傳湘.聚苯胺的溶解性研究 J 2005,36(6):445-4472 許一婷. 功能酸摻雜的環(huán)取代聚苯胺的化學(xué)合成及其結(jié)構(gòu)性能的關(guān)聯(lián)研究D. 廈門：廈門大學(xué)，20033 Wang Y Y,Jing X L.polymerJ2004,36:374-3794 Genz O,Lohrengel M M Schultze J W. Potentiostatic pulse and impedance