聚苯胺的制備

1、聚苯胺的制備黃鵬 PB10206252中國(guó)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(guò)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(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)?！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. 上

2、海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25，5，517-520.從 DeBerry W.發(fā)現(xiàn)聚苯胺對(duì)鐵基金屬具有保護(hù)作用以來(lái)，目前，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了聚苯胺涂料對(duì)鐵基金屬具有起陽(yáng)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(gè)新的熱點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的氧化-還原態(tài)的聚苯胺對(duì)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(guò)質(zhì)子酸參雜而導(dǎo)電的，參雜過(guò)程中聚苯胺鏈上的電子數(shù)目

3、沒(méi)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(guò)程是一個(gè)氧化偶聯(lián)的過(guò)程，其機(jī)理為一個(gè)鏈?zhǔn)骄酆系臋C(jī)理。引發(fā)過(guò)程是一個(gè)苯胺分子失去兩個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子形成一個(gè)nitrenium的過(guò)程。生成的 nitrenium隨即進(jìn)攻一個(gè)苯胺分子的對(duì)為氫。鏈增長(zhǎng)過(guò)程與引發(fā)過(guò)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(duì)位氫進(jìn)行親電取代。因?yàn)槊吭鲩L(zhǎng)一個(gè)鏈節(jié)，聚合物端頭的伯胺都要被氧化活化一次，所以該過(guò)程稱為“再活化鏈?zhǔn)骄酆稀薄＞郾桨返膶?dǎo)電性來(lái)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子。通過(guò)改變pH和電壓等能夠改變

4、分子的形式。【實(shí)驗(yàn)步驟】化學(xué)試劑：36%濃鹽酸，苯胺，過(guò)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(guò)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(guò)硫酸銨水溶液：用天平稱取11.4g過(guò)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。待溫度降至5以下，用滴液漏斗慢慢滴加配制好的過(guò)硫酸銨溶

5、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(gè)小時(shí)。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(gè)小時(shí)。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?！緦?shí)驗(yàn)現(xiàn)象和思考】實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象記錄：開始時(shí)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(shí)間為15:53.最后表面皿重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

6、一起重40.9g。從而產(chǎn)物有5.9g。因?yàn)槭褂眠^(guò)硫酸銨引發(fā)聚苯胺聚合的反應(yīng)時(shí)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(huì)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(shí)驗(yàn)過(guò)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(jiǎn)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(guò)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

7、具有十分長(zhǎng)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(dòng)。（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?。Preparation of polyaniline conductive materialPeng Huang PB10206252Polymer Science and Engineering, University of Science and Technology of China230026【Abstract】Using ammonium persulfate as the oxidant, the polyaniline was s

8、ynthesized using the method of chemical oxidative polymerization under acidic conditions. After synthesis with 2mol / L hydrochloric acid and the synthesized polyaniline were mixed, so as to have good electrical conductivity. Subsequently polyaniline get dried in an oven on a Petri dish. Further understanding of the oxidative polymerizat