聚苯胺的合成及表征

题目（中文）：聚苯胺的合成及表征姓名 xx xxx

学号111111111112222222222

院（系）化学与生命科学

专业、年级 12级化学(3)班（B组）

指导教师xxx职称教授

二○一四年十月

聚苯胺的合成及表征

摘要

聚苯胺（Polyaniline）是一种重要的导电聚合物，是研究最为广泛的导电高分子材料之一，其具有原料低廉、工艺简单、导电性优良、耐高温及抗氧化性能好等优点，受到人们普遍青睐，应用前景十分广阔，使其成为导电高分子研究的主流和热点。本论文使用化学氧化法合成聚苯胺，以苯胺（An）为单体，过硫酸铵（Aps）为氧化剂，控制反应温度和反应时间，在三聚磷酸铝（ATP）的氢氧化钠溶液中合成聚苯胺。本文主要研究不同的反应温度和反应时间对聚苯胺合成产率的影响。实验结果表明聚苯胺的合成与温度、反应时间均有关，在温度为10℃、反应时间为8小时时，聚苯胺的合成效果最好，产率最高。

关键词：聚苯胺；表征；合成；影响因素

1.绪论

1.1聚苯胺的发现过程

1826年，德国化学家Otto Unverdorben通过热解蒸馏靛蓝首次制得苯胺（aniline），产物当时被称为“Krystallin”，意即结晶，因其可与硫酸、磷酸形成盐的结晶。1840年，Fdtzsche从靛蓝中得到无色的油状物苯胺，将其命名为aniline，该词源于西班牙语的anti（靛蓝）并在1856年用于染料工业。而且他可能制得了少量苯胺的低聚物，1862年HLhetbey也证实苯胺可以在氧化下形成某些固体颗粒。但由于对高分子本质缺乏足够的认知，聚苯胺的实际研究拖延了几乎一个世纪，直到1984年，MacDiarmid提出了被广泛接受的苯式（还原单元）-醌式（氧化单元）结构共存的模型。随着两种结构单元的含量不同，聚苯胺处于不同程度的氧化还原状态，并可以相互转化。不同氧化还原状态的聚苯胺可通过适当的掺杂方式获得导电聚苯胺。

图1.1聚苯胺的链结构模式

1.2聚苯胺的研究背景

聚苯胺自从1984年被美国宾尼法尼亚大学的化学家MacDiarmid等重新开发以来，因其良好的热稳定性、化学稳定性和电化学可逆性，优良的电磁微波吸收性，原料易得，简便的合成方法，度特的掺杂现象等特性[2],成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一，但是聚苯胺分子链上的苯环结构，导致高分子链的刚性较大，并且分子间氢键导致其难溶、可加工性能比较差，这些问题严重限制了聚苯胺的应用范围，因此，如何克服这些缺点制备溶解性和稳定性好，具有高导电性等优良性质的聚苯胺成为急需解决的问题。

1.3聚苯胺的高氯酸掺杂

导电高分子的“掺杂”通常是指当它从绝缘态转变成导电态时需要从自身分子链中迁移出电子，这种电子的迁移过程就称为“掺杂”。但是，聚苯胺有自己特殊的掺杂机制，通过质子酸掺杂导电，整个掺杂过程，分子链上电子数目并没有变化，并且通过质子酸掺杂和氨水脱掺杂可以实现聚苯胺在导体和绝缘体之间的可逆变化。

图1.3聚苯胺的可逆掺杂过程

1.4聚苯胺的性能及应用

聚苯胺有许多性能，如导电性、氧化还原性、催化性能、电致变色行为、质子交换性质及光电性质，最重要的是导电性及电化学性能。经一定处理后，可制得各种具有特殊功能的设备和材料，如可作为生物或化学传感器的尿素酶传感器、电子场发射源、较传统锂电极材料在充放电过程中具有更优异的可逆性的电极材料、选择性膜材料、防静电和电磁屏蔽材料、导电纤维、防腐材料等等。

2.实验内容

2.1 仪器与试剂

2.1.1仪器

恒温磁力搅拌器（金坛市城东新瑞仪器厂）、傅里叶TENSOR-27型红外光谱仪（德国布鲁克）、S02-D型电热恒温箱（上海锦昱仪器有限公司）、HY-3多功能振荡器（金坛市岸庆国瑞试验仪器厂）、CS501型超级恒温器（重庆实验设备厂）、三颈烧瓶（250ml）

2.1.2试剂

苯胺（An，分析纯）、过硫酸铵（Aps，分析纯）、三聚磷酸铝（ATP分析纯）、氢氧化钠（A.R）、过硫酸铵（分析纯）、蒸馏水。

2.2实验过程

2.2．1 聚苯胺的合成

取一个干净的夹套烧瓶（烧杯），加入100ml水，分别称取2克的三聚磷酸铝（ATP）和5克氢氧化钠溶解在夹套烧瓶（烧杯）中。再称取4.6g（0.05mol）苯胺加入到夹套烧杯中，搅拌使其溶解。在搅拌或震荡下，滴加0.05mol（NH

4

）

2S

2

O

4

，在30—40min内滴完。X℃下反应X小时，过滤。

图2.2.1聚合反应装置图

组别

参数

A1组A2组

T/℃T/h

1 10 6

2 15 8

3 20 10

表2.2.1实验参数

用30ml 乙醇分三次洗涤得到滤饼，再用蒸馏水洗涤三次，在70℃下烘干即得产品聚苯胺，称重，计算产率。 2.2.2聚苯胺的测试

将制得的聚苯胺用傅里叶红外光谱仪检测产品的红外光谱，样品采用KBr 压片法，制备按照1:8的比例取产品和烘干的KBr 在研钵中磨成粉末状，放在压片机中压成薄片，再放入傅里叶红外光谱仪中检测产品的红外光谱。扫描范围4000—500 cm −1

。

3. 结果与分析

3.1温度对聚苯胺合成的影响

表3.1温度对聚苯胺合成的影响

由表3.1可以看出：保持其他条件不变的情况下，在不同的温度下进行聚苯胺的合成，由上表数据得出，温度越低，聚苯胺产率越高，10℃时，聚苯胺产率最高为61.57%；温度越高，产率越低。此表数据只供本次实验参考，并不具有可靠性，实验中造成误差的因素很多，所以上述的结论，也只是作为本次实验的参考依据，与真实结果不具有可比性。 3.2反应时间对聚苯胺合成的影响

表3.2反应时间对聚苯胺合成的影响

4 25

12

组号 反应时间

温度/℃ 苯胺/g 聚苯胺/g 产率/% 1 10h

10 4.60 2.8322 61.57 2

15

4.60

2.4357

52.95

3 20 4.60 2.1858 47.52 4

25

4.60

2.5626

55.71

组号 时间/h 苯胺/g 聚苯胺/g 产率/% 1 6 4.60 2.1459 46.65 2 8 4.60 3.0393 66.07 3

10

4.60

2.7060

58.83