聚苯胺的制備

1、聚苯胺的制備黃鵬 PB10206252中國科學技術大學 高分子科學與工程系230026【摘要】使用過硫酸銨作為氧化劑，在酸性條件下用化學氧化聚合的方法合成了聚苯胺。合成之后用2mol/L 的鹽酸對合成的聚苯胺進行了參雜，以使其具有較好的導電性。隨后聚苯胺放在培養(yǎng)皿中拿到烘箱中烘干。通過實驗得到的關于氧化聚合和導電性高分子材料的進一步認識?！娟P鍵詞】 聚苯胺 導電高分子 質(zhì)子酸摻雜【前言】聚苯胺是一種典型的導電性聚合物，具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性和高導電性，且原料便宜，易于合成，因此成為具有商業(yè)應用前景的導電聚合物之一。目前，聚苯胺的應用在二次電池、半導體器件和隱身材料等。齊永曉，趙玉增，楊瑾妮. 上

2、海電力學院學報，2009，25，5，517-520.從 DeBerry W.發(fā)現(xiàn)聚苯胺對鐵基金屬具有保護作用以來，目前，大量實驗結(jié)果證明了聚苯胺涂料對鐵基金屬具有起陽極保護作用的防護能力。目前，開發(fā)聚苯胺防腐涂料已成為高分子導電材料的應用和涂料研究開發(fā)領域的一個新的熱點。高煥方，劉通，王連杰. 表面技術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，實驗發(fā)現(xiàn)不同的氧化-還原態(tài)的聚苯胺對應于不同的結(jié)構(gòu)，其顏色和導電率也相應發(fā)生變化；2）特殊的參雜機制，它是通過質(zhì)子酸參雜而導電的，參雜過程中聚苯胺鏈上的電子數(shù)目

3、沒有變化，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用前景。聚苯胺的聚合過程是一個氧化偶聯(lián)的過程，其機理為一個鏈式聚合的機理。引發(fā)過程是一個苯胺分子失去兩個電子和一個質(zhì)子形成一個nitrenium的過程。生成的 nitrenium隨即進攻一個苯胺分子的對為氫。鏈增長過程與引發(fā)過程相似，也是首先端頭的伯胺被氧化，隨后生成的nitrenium進攻苯胺分子的對位氫進行親電取代。因為每增長一個鏈節(jié)，聚合物端頭的伯胺都要被氧化活化一次，所以該過程稱為“再活化鏈式聚合”。聚苯胺的導電性來自其用質(zhì)子酸參雜之后具有導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。通過改變pH和電壓等能夠改變

4、分子的形式。【實驗步驟】化學試劑：36%濃鹽酸，苯胺，過硫酸銨。儀器設備：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的過硫酸銨水溶液：用天平稱取11.4g過硫酸銨晶體，輕輕攪拌使其溶解于25mL蒸餾水中。聚合反應：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，在冰浴中保持反應溫度低于5，并用電磁攪拌，繼續(xù)反應一個小時。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，電磁攪拌兩個小時。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。【實驗現(xiàn)象和思考】實現(xiàn)現(xiàn)象記錄：開始時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。因為使用過硫酸銨引發(fā)聚苯胺聚合的反應時放熱反應，所以在控制溫度在五攝氏度下的話就需要慢慢的滴加，加的太快會使得溫度難以控制。最后的產(chǎn)物在空氣中是淡藍色，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{色。實驗過程中使用冰水和混合物保持反應的溫度保持在五攝氏度一下。用化學氧化聚合的方法能夠輕易制備聚苯胺。得到的產(chǎn)品為綠色細小的粉末。簡單的用質(zhì)子酸參雜之后的聚苯胺即具有導電性能。化學氧化聚合制備聚苯胺過程中要注意保持溫度在5以下，使得反應平穩(wěn)可控進行，并得到質(zhì)量較好的產(chǎn)品。電子導體應具有怎樣的結(jié)構(gòu)？為了使其能夠?qū)щ?，還需要采取怎樣的措施？（1）電子導體應該

7、具有十分長鏈的共軛結(jié)構(gòu)，使得電子能夠在很大范圍內(nèi)較為自由的流動。（2）為了使其能夠?qū)щ?，還需要電子導體進行參雜，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