聚苯胺合成與表征

1、化學(xué)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)論文 論文題目：聚苯胺的合成與表征 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 二零一五年五月二十五日目錄摘 要1關(guān)鍵詞1前言21實(shí)驗(yàn)設(shè)備和聚苯胺性能表征方法41.1實(shí)驗(yàn)藥品及設(shè)備4 1.1.1實(shí)驗(yàn)藥品4 1.1.2實(shí)驗(yàn)儀器42.2 化學(xué)氧化法合成聚苯胺5 2.2.1苯胺的合成53.3 聚苯胺性能表征5 3.3.1溶解率的測定5 3.3.2電阻的測定53.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5 3.4.1聚苯胺產(chǎn)率5 3.4.2溶解率6 3.4.3電阻64.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析6 5.5展望6 參考文獻(xiàn)6摘 要：本實(shí)驗(yàn)主要采用化學(xué)氧化法制備聚苯胺，以苯胺為單體，過硫酸銨為氧化劑，

2、控制反應(yīng)的溫度和反應(yīng)時(shí)間，在酸性介質(zhì)中合成聚苯胺。探究當(dāng)加入的氧化劑與苯胺的摩爾比為1:1、質(zhì)子酸為硫酸、反應(yīng)溫度為10、反應(yīng)時(shí)間為3h時(shí)聚苯胺的產(chǎn)率。以及有機(jī)溶劑對聚苯胺的溶解率，測定單位長度電阻值，判斷其導(dǎo)電性效果，其中產(chǎn)率高達(dá)90%以上，溶解性為58%，具有較好導(dǎo)電性。關(guān)鍵詞： 聚苯胺；合成；表征；溶解性；電阻；1前言 1826年，德國化學(xué)家Otto Unverdorben通過熱解蒸餾靛藍(lán)首次制得苯胺（aniline），產(chǎn)物當(dāng)時(shí)被稱為“Krystallin”，意即結(jié)晶，因其可與硫酸、磷酸形成鹽的結(jié)晶。1840年，F(xiàn)dtzsche從靛藍(lán)中得到無色的油狀物苯胺，將其命名為aniline，該詞

3、源于西班牙語的anti（靛藍(lán)）并在1856年用于染料工業(yè)。而且他可能制得了少量苯胺的低聚物，1862年HLhetbey也證實(shí)苯胺可以在氧化下形成某些固體顆粒。但由于對高分子本質(zhì)缺乏足夠的認(rèn)知，聚苯胺的結(jié)構(gòu)長期處于爭論中，Macdiarmid于1987年提出苯-醌式結(jié)構(gòu)單元共存的模型后，得到大家廣泛的認(rèn)可；它存在的狀態(tài)可以隨著苯、醌兩種結(jié)構(gòu)單元的含量不同而相互改變。聚苯胺合成方法主要有化學(xué)氧化法和電化學(xué)聚合法等?；瘜W(xué)氧化聚合法又有溶液聚合、乳液聚合、模板聚合、酶催化聚合等；電化學(xué)聚合法有動(dòng)電位掃描、恒電流、恒電位、脈沖極化等合成方法?；瘜W(xué)氧化聚合法制備過程如下圖1所示。圖1 聚苯胺的制備示意圖F

4、ig.1 Diagram for preparing PANI圖2 聚苯胺氧化還原狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of redox state of PANI組成苯胺的還原單元和氧化單元構(gòu)成如圖2所示。其中Y表示聚苯胺的氧化程度，可以從Y=0變化為Y=1。其結(jié)構(gòu)的變化決定了聚苯胺性能的多樣性。Y=0的全還原態(tài)和Y=1的全氧化態(tài)聚苯胺都是絕緣體，只有當(dāng)Y=0.5，即半氧化半還原態(tài)形式，經(jīng)質(zhì)子酸摻雜后，才能從絕緣體向?qū)w轉(zhuǎn)變。在酸性水溶液中，Y=0、0.5和1的三種典型聚苯胺形態(tài)在電場作用下可以相互轉(zhuǎn)化，即會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因而在聚苯胺循環(huán)伏安曲線上有兩對氧化還原峰

5、，這一特征可以用來表征聚苯胺。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。經(jīng)一定處理后，可制得各種具有特殊功能的設(shè)備和材料，如可作為生物或化學(xué)傳感器的尿素酶傳感器、電子場發(fā)射源、較傳統(tǒng)鋰電極材料在充放電過程中具有更優(yōu)異的可逆性的電極材料、選擇性膜材料、防靜電和電磁屏蔽材料、導(dǎo)電纖維、防腐材料等等。1實(shí)驗(yàn)設(shè)備和聚苯胺性能表征方法1.1實(shí)驗(yàn)藥品及設(shè)備1.1.1實(shí)驗(yàn)藥品表1.1實(shí)驗(yàn)藥品藥品名稱級別廠家苯胺（An）分析純天津博迪化工股份有限公司過硫酸銨分析純天津市科密歐華新世紀(jì)有限公司硫酸分析純重慶川東化工有限公司無水乙醇分析純

6、天津市富宇精細(xì)化工有限公司二甲基亞砜分析純天津市富宇精細(xì)化工有限公司1.1.2實(shí)驗(yàn)儀器表1.2實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備名稱產(chǎn)家85-2 恒溫磁力攪拌器金壇市城東新瑞儀器廠DZF 真空干燥箱北京可謂永興儀器有限公司低溫恒溫槽上海比朗儀器制造有限公司SHB- 循環(huán)水式多用真空泵鄭州長城科工貿(mào)有公司 DG micro flow multi-channel peristaltic pumpJIHPUMP壓片機(jī)其他儀器:研缽、燒杯（100mL、250mL）、量筒（10mL、50mL）、容量瓶（250mL）、三角燒瓶、吸濾瓶、布氏漏斗、分析天平等。2.2 化學(xué)氧化法合成聚苯胺2.2.1苯胺的合成配制1mol/L H2

7、SO4溶液100ml置于250ml三角燒瓶中，逐滴加入4.6513g (0.05mol)苯胺，待白色固體沉淀溶解后，電磁攪拌下，并調(diào)節(jié)滴定速度約為(23s/滴)滴加含12g（0.05mol）過硫酸銨的1mol/L H2SO4溶液100ml，使過硫酸銨溶液在30分鐘內(nèi)滴定完畢。用冷卻浴控制在溫度為10，（其他）條件下利用恒溫磁力攪拌器攪拌反應(yīng)3h，反應(yīng)完后經(jīng)抽濾（用蒸餾水洗滌至PH=7）、移至干燥箱中(恒溫60烘干12h)、稱重后研磨成粉狀，即得到硫酸摻雜的聚苯胺，稱量、計(jì)算產(chǎn)率。3.3 聚苯胺性能表征3.3.1溶解率的測定稱取0.2g聚苯胺于100ml燒杯中，加入20ml二甲基亞砜溶解，攪拌1

8、h后過濾，分出不溶物，放入恒溫箱干燥、稱重，用公式(1)計(jì)算溶解率。 (1)式中M1:為聚苯胺質(zhì)量，單位g，M2:為未溶解的聚苯胺質(zhì)量，單位g。3.3.2電阻的測定 稱取0.5g聚苯胺放入壓片機(jī)進(jìn)行壓片，用電阻器測量單位長度的電阻值。3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理3.4.1聚苯胺產(chǎn)率 稱取苯胺4.6513g，烘干后聚苯胺為4.1651g其產(chǎn)率為3.4.2溶解率 聚苯胺M1=0.2g加入二甲基亞砜，烘干未溶解聚苯胺M2=0.084g，由（1）式 3.4.3電阻 聚苯胺直徑d=1.2cm R=3.5 厚度h=0.2cm R=5.04.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 實(shí)驗(yàn)所制備的聚苯胺產(chǎn)量高達(dá)90%以上，說明該方法制備聚苯

9、胺具有產(chǎn)量高等特點(diǎn)，適合于大批量的生產(chǎn)，聚苯胺溶于二甲基亞砜的溶解率為58%，而且，具有一定的導(dǎo)電性，其溶解性和導(dǎo)電性良好。5.5展望 導(dǎo)電聚苯胺由于其優(yōu)異的電性能和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn), 是目前最有希望得到廣泛實(shí)際應(yīng)用的導(dǎo)電聚合物。聚苯胺的不溶不熔和難以加工的特性仍是造成這一狀況的主要原因, 目前, 研究者們分別對聚苯胺的結(jié)構(gòu)、特性、合成、摻雜、改性、用途等各方面進(jìn)行研究, 已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前,盡管導(dǎo)電聚苯胺材料在許多方面獲得應(yīng)用,仍然存在一些問題需要解決，聚苯胺的溶解性差，難于加工，對環(huán)境產(chǎn)生污染,導(dǎo)電率仍需要進(jìn)一步提高。隨著各國研究與開發(fā)上投入大量資金與技術(shù)聚苯胺導(dǎo)電材料將取代金屬和非金屬材料在一些方面的應(yīng)用,在智能材料、光電材料、納米材料方面將有不可估量的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1王佛松，景遐斌，王利祥等.導(dǎo)電聚苯胺的合成、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用.高分子學(xué)報(bào)，2005(5)：655663.2匡汀，廖力夫，劉傳湘.聚苯胺的溶解性研究J.2005,35(6):445-447.3彭霞輝等. 聚苯胺的合成及性能. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)，第35卷第6期.4Huangjia Xing，VIRJI S，WEILLER B&#