聚苯胺的合成与表征

聚苯胺的合成与表征

贵州师范学院化学与生命科学学院化本一班姜华学号：1508040540014

同组人：蒲朝霞罗彬彬宋姗姗

摘要：

聚苯胺的合成方法主要有化学氧化聚合法(乳液聚合法、溶

液聚合法等)和电化学合成法 (恒电位法、恒电流法、动电

位扫描法等) , 近年来, 模板聚合法、微乳液聚合、超声辐照合成、过氧化物酶催化合成、血红蛋白生物催化合成法。此次的实验采用的是采用过硫酸铵氧化聚合合成聚苯胺：先将苯胺与酸（四种酸）反应生成可溶性的苯胺盐，然后再加入过硫酸铵合成聚苯胺，计算比较四种酸合成聚苯胺的产率。聚苯胺分子结构含有苯环，使其具有很强的刚性，分子间相互作用力很大，很难溶解于大部分溶剂中。用三甲基亚峰溶剂可以部分溶解聚苯胺，溶解率达20%。聚苯胺(PANI)是一种分子合成材料俗称导电塑料。它是一类特种功能材料具有塑料的密度又具金属的导电性和塑料的可加工性。采用压片对其进行压片并对其测量电阻值。

关键词：聚苯胺合成产率溶解性电阻值

绪论：

聚苯胺，高分子化合物的一种，具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性。在电子工业、信息工程、国防工程

等的开发和发展方面都具有多种用途。聚苯胺的电活性源于分子链中的P电子共轭结构：随分子链中P电子体系的扩大，P成键态和P*反键态分别形成价带和导带，这种非定域的P 电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。不同于其他导电高分子在氧化剂作用下产生阳离子空位的掺杂机制，聚苯胺的掺杂过程中电子数目不发生改变，而是由掺杂的质子酸分解产生H+和对阴离子（如Cl-、硫酸根、磷酸根等）进入主链，与胺和亚胺基团中N原子结合形成极子和双极子离域到整个分子链的P键中，从而使聚苯胺呈现较高的导电性。这种独特的掺杂机制使得聚苯胺的掺杂和脱掺杂完全可逆，掺杂度受pH值和电位等因素的影响，并表现为外观颜色的相应变化，聚苯胺也因此具有电化学活性和电致变色特性。聚苯胺经一定处理后，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。

将聚苯胺分别与四种酸混合，制备苯胺盐，在加入过硫酸铵搅拌3个小时制备聚苯胺。再将制备好的聚苯胺进行压片测量电阻，取少量聚苯胺溶解计算溶解率，制备涂料。

实验内容：

1、实验仪器及试剂

实验仪器：烧杯；玻璃棒；压片机；欧姆表；量筒；表面皿；培养皿；布氏漏斗；抽滤瓶；漏斗；广口瓶；药匙；胶头滴管；镊子；搅拌磁石；夹套烧杯；PH试纸；循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；磁力加热搅拌器（江苏大地自动化仪器厂）；电子天平（淮安金良电子科技有限公司）；真空干燥箱（北京科伟永兴仪器有限公司）；单相串激电动机（上海微特电机）；行星式球磨机（启东市宏宏仪器设备厂）；低温恒温槽（上海比朗仪器制造有限公司）；玻璃仪器气流烘干器(上海予华仪器有限

公司)。

实验药品：苯胺（aq）；过硫酸铵（s）；乙醇；丙酮；滑石粉；钛白粉；云母粉；分散剂；固化剂；润湿剂；流平剂；流变剂；消泡剂；偶联剂；二乙烯三铵（化学纯）(上海染料化工十四厂)；正丁醇（分析纯）(天津市富宇精细化工有限公司)；二甲苯（分析纯）(北京化工厂)；过硫酸氨（分析纯）(天津市科密欧化学试剂有限公司)；二甲基亚砜，天津富宇精细化工有限公司；苯胺(天津博迪化工股份有限公司)；环氧树脂(中国石化集团资产经营管理有限公司巴陵石化分公司）。

2、聚苯胺的合成

①取聚苯胺0.05摩尔（4.65g）溶于1mol/L的H2SO4【酒石酸、磷酸、盐酸】（aq）（100ml）中

②滴加含12g过硫酸铵的1mol/LH2SO4（aq）（100ml）,30min 滴加完，在10℃下反应3h,过滤，用少量乙醇（100ml）洗涤后，用水冲洗至中性，滤饼在70℃烘干即可，称总量，计算产率。实际称量苯胺4.67g、过硫酸铵12.01g【酒石酸】

实际称量苯胺4.67g、过硫酸铵12.01g【磷酸】

实际称量苯胺4.67g、过硫酸铵12.01g【硫酸】

实际称量苯胺4.67g、过硫酸铵12.01g【盐酸】

③取0.5g聚苯胺压片，测定电阻，计算单位长度的电阻值

④取0.2克聚苯胺加入20mlN,N二-甲基甲酰胺或二甲基亚砜中搅拌1h溶解，计算溶解率，（x/0.2）×100％， x -为溶解的克数

表三：

酸的类别样品量/g溶解量/g溶解率

酒石酸0.2g 0.04g 20%

磷酸0.2g 0.00g 0

硫酸0.2g 0.05g 25%

盐酸0.2g

⑤制备涂料

固化剂50g、聚苯胺3g、分散剂5滴、溶剂（2:2:1 正丁醇：二甲苯：丙酮）25ml、二乙烯三胺5g

图1-1酒石酸：

结果分析：

1、有实验1可知，通过四种酸来制备聚苯胺，在同等的条件

下，酸的产率高达85%，所以通过对比得知在四种酸中，最适于制备聚苯胺的是酸。

2、通过实验测定的电阻值可知，由酸制备的聚苯胺的电阻值

最大，为2222Ω，酸的最小，为0000Ω，所以在掺杂酸的

条件下合成的聚苯胺的导电性较好。

3、通过表三可知酸聚苯胺在二甲基亚砜中的溶解率达25%，

说明二甲基亚砜是酸的较好的溶剂。

4、由图1-1酒石酸我们可以看出，将聚苯胺涂刷在金属片上，

待干燥一周后，其表面光滑无凹凸，也没有发生皲裂的现

象，在金属表面有较好的附着性，是较好的防腐涂层材料。

结论：

合成产率：同实验的对比可知，在钼酸的酸性介质中合成聚苯胺的产率最高，高达50%。说明在此酸性环境中氧化剂过二硫酸铵发挥了最好的作用。

电阻值:在四种酸的酸性环境中合成聚苯胺，所具有的电阻值都有何大的差异。但是在酸中的电阻值最小，说明其电导率最高。溶解性：在四种酸的酸性环境中合成聚苯胺，溶解性也有很大差异，但其在酸中合成的聚苯胺在二甲基亚砜有机溶剂中的溶解性最高，高达%，但是溶解率还是较小，说明有待寻找另外一种有机溶剂作为聚苯胺的溶剂。

防腐涂料：聚苯胺可以作为一种一种涂料，涂刷在金属或是其他材料的表面作为防腐防氧化的材料，因其具有较好的附着性，涂刷在金属表面不易脱落，且涂层表面光滑平整，有较好的美观性，在其涂料方面有较好的发展方向。