化学实验报告 聚苯胺 7138.doc

聚苯胺的合成及表征摘要：本实验采用氧化聚合法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，探究投料比、不同类酸及反应温度这三种因素对聚苯胺合成的影响，及本征态聚苯胺的溶解性影响因素。用红外光谱仪(IR)对聚苯胺氧化态及本征态结构变化进行了测试。关键字：聚苯胺 合成 表征前言20 世纪 70 年代后期由于聚乙炔的发现而迅速产生了以共轭高分子为基础的导电聚合物，聚苯胺就是其中之一。80 年代，Macdiarmid 1-3等对聚苯胺（polyaniline，PAn）做了较为系统的研究。相对于其它共轭高分子而言，聚苯胺原料易得、合成简单、具有较高的导电性和潜在的溶液、熔融加工可能性同时还有良好的环境稳定性，在金属防腐涂料、人工肌肉、可充电电池、导电涂料和导电膜、电磁屏蔽、传感器、抗静电保护、电子仪器和电致发光材料等方面有着广泛的应用前景。因此，一直是导电高分子研究的热点和最受关注的导电聚合物品种之一。化学氧化法制备聚苯胺通常是在酸性介质中，采用水溶性引发剂引发单体发生氧化聚合。本次所用的引发剂主要有(NH4)2S2O83-4，化学氧化聚合法合成聚苯胺的反应大致可分为3 个阶段：链诱导和引发期；链增长期；链终止期。在苯胺的酸性溶液中加入氧化剂，则苯胺将被氧化为聚苯胺。在诱导阶段生成二聚物，然后聚合进入第二阶段，反应开始自加速，沉淀迅速出现，体系大量放热，进一步加速反应直至终止。聚苯胺的低聚物是可以溶于水的，因此初始时反应在水溶液中进行。苯胺的高聚物不溶于水，因此高聚物大分子链的继续增长是界面反应，反应在聚苯胺沉淀物与水溶液的两相界面上进行。此次试验通过对投料比、不同类酸及反应温度这三种因素对聚苯胺合成产率的影响。聚苯胺分子结构51、 实验内容1.1仪器与试剂仪器：恒温磁力搅拌器，TENSOR-27(德国布鲁克)红外光谱仪，HY-12型压片机（天津天光光学仪器有限公司），烘干器，表面皿，烧杯，锥形瓶，洗瓶等。试剂：苯胺（分析纯，天津博迪化工股份有限公司），过硫酸铵(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)，硫酸，磷酸，高氯酸，盐酸，氨水，四氢呋喃(分析纯，天津博迪化工股份有限公司)，二甲基亚砜(分析纯，广东光华科技股份有限公司），N-甲基吡咯烷酮，N.N-二甲基甲酰胺(分析纯，广东光华科技股份有限公司)二甲苯(分析纯，重庆茂业化学试剂有限公司)。1.2聚苯胺的合成取2.33g苯胺，放入装有1mol/L HCl（100ml）的恒温磁力搅拌器中，在搅拌下将氧化剂过硫酸铵6（5.7g+100ml蒸馏水）慢慢滴加到恒温磁力搅拌器中。反应液由无色慢慢变为浅棕色，继而颜色加深之蓝黑色。在20C条件下反应24h后，对反应物进行过滤，用100ml乙醇洗反应物，再回收清洗过滤后的乙醇。再用蒸馏水清洗至滤液pH=6，在85的条件下干燥得到墨绿色盐酸掺杂态聚苯胺。同样的方法分别在10、 17、 25下反应，得到盐酸掺杂态聚苯胺2。取1g掺杂态聚苯胺经稀氨水溶液浸泡，进行反掺杂，得到本征态聚苯胺。取0.1g本征态聚苯胺于25ml锥形瓶中（平行操作4次）。向4个锥形瓶分别加入表四中的溶剂，放在电动振荡器上振荡一小时，过滤，在85温度下烘干。根据类似的方法我们还探究投料比、酸的种类7对合成聚苯胺的影响等试验。1.2.1投料比对聚苯胺合成产率的影响投料比（苯胺：氧化剂）苯胺聚苯胺(氧化态)合成产率1:1.09.30g8.80g94.6%1:1.29.30g8.95g96.2%1:1.49.30g8.32g89.5%1:1.69.30g7.35g79%表11.2.2酸的种类对聚苯胺合成产率的影响酸的种类苯胺/g聚苯胺/g产率/%盐酸4.653.1467.53硫酸4.654.1288.60磷酸4.654 .2390.96高氯酸4.654.290.32表21.2.3反应温度对聚苯胺合成产率的影响温度/苯胺/g聚苯胺/g产率/%102.332.0889.27%172.332.0387.12%202.331.9985.41%252.331.7675.54%表31.3聚苯胺的溶解性溶剂溶解度/%四氢呋喃（10ml）15二甲苯（10ml）14二甲基亚砜（10ml）23N,N-二甲基甲酰胺(10ml)11表4 盐酸掺杂态聚苯胺的溶解性探究溶剂溶解度/%四氢呋喃（10ml）19二甲苯（10ml）10二甲基亚砜（10ml）25N,N-二甲基甲酰胺(10ml)24N-甲基吡咯烷酮(10ml)32表5 本征态聚苯胺的溶解性探究1.4红外光谱(IR)测试本征态聚苯胺红外光谱图盐酸掺杂态聚苯胺红外光谱图 2、结果分析2.1合成产率分析8通过对上述表1、2、3的数据分析，可得出在此实验中在10的温度下，投料比（苯胺：氧化剂）为11，酸为磷酸时的合成产率最高。2.2关于溶解性91、通过对表4中的数据进行分析得掺杂态聚苯胺的最佳溶剂在此实验中为二甲亚砜。2、通过对表5 中的数据进行分析得本征态聚苯胺的最佳溶剂在此实验中为N-甲基吡咯烷酮。2.3红外光谱(IR)测定10本征态聚苯胺的IR图谱中3435.92cm-1和1629.6cm-19为苯环特征峰，1630.14cm-1峰是是醌式结构N=Q=N的吸收振动，这个吸收峰的强度比可以反映聚苯胺的氧化程度，表征态醒式结构的峰越大，分子链的氧化程度越高；1383.94cm-1峰是芳香胺Ar一N 的吸收所致；1201.26cm-1峰是苯环的面内弯曲振动.与本征态聚苯胺相比，由于掺杂使聚合物分子链中的电子云密度下降，降低了原子间的力常数，产生诱导效应，同时由于掺杂作用形成的共轭效应使得基团的振动频率下降，因此各个吸收峰都向低频方向移动。结论在此实验中在10的温度下，投料比（苯胺：氧化剂）为11，酸为磷酸时的合成产率最高。掺杂态聚苯胺的最佳溶剂在此实验中为二甲亚砜,本征态聚苯胺的最佳溶剂在此实验中为N-甲基吡咯烷酮。参考文献1 Macdiarmid A G，Chiang J C，Huang W S，et al. Protonic acid doping to the metallic regimeJ. Molecular Crystals and Liquid Crystals，1985，125(6)：309-318.2Chiang J C，Macdiarmid AG. Polyaniline：protonic acid doping of theemeraldine form to the metallic rgimeJ. Synthetic Metals，1986，13(1-3)：193-205.3 Chiang J C，Macdiarmid A G，Polyaniline：A new concept inconducting polymersJ. Synthetic Metals，1987，18(3)：285-290.4Kuzmany H，Sariciftci NS. In-situ spectro-electrochemical studies of polyanilineJ. Synthetic Metals，1987，18(3)：353-358.5丁晓新，王明召.聚苯胺的结构及导电原理J化学教学，2013（2）：76-77.6周振涛，刘芳. (NH4)2S2O8体系聚苯胺合成、结构与性能研究J华南理工大学（自然科学版）1995,23（2）：47-52.7徐浩，延卫，冯江涛.聚苯胺的合成与聚