聚 苯 胺 的 合 成 及 表 征

聚聚 苯苯 胺胺 的的 合合 成成 及及 表表 征征 作者 杨 政 权 学号 1108040540056 同组人 卢香 王梅 周春 林 贵州师范学院 2011 级化本一班 摘要摘要 本实验主要采用溶液制备聚苯胺 以苯胺为单体 过硫酸铵为氧化剂 在不同 的投料比 不同的酸种类 酸浓度以及不同的温度下合成聚苯胺 用傅里叶红外光谱对聚 苯胺参杂前后的结构进行了测试 讨论了酸参杂对聚合产物的影响 探究不同有机溶剂对 聚苯胺的溶解率 关键词关键词 聚苯胺 溶解性 红外光谱 绪论绪论 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 不同氧化态聚苯胺之间的可逆反应 3 张 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 聚苯胺有 许多性能 如导实验内容电性 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 由于导电高分子特殊的 结构和的物化性能 使其在电子工业 信息工程 国防工程及其新技术的开发 和发展方面都具有重大的意义 其中因聚苯胺具有原料易得 合成工艺简单 化学及环境稳定性好等特点而得到了广泛的研究和应用 1 11 1 仪器与试剂仪器与试剂 仪器 85 2 恒温磁力搅拌器 金坛市城东新瑞仪器厂 HC210006 低温恒温器 中国 重庆银河实验仪器有限公司 红外光谱仪 试剂 苯胺 过硫酸铵 分析纯 盐酸 优级纯 甲醇 分析纯 1 21 2 聚苯胺的合成聚苯胺的合成 探究投料比对合成产率的影响 氧化剂探究投料比对合成产率的影响 氧化剂 1 11 1 1 1 51 1 5 1 21 2 1 31 3 在反应支口烧瓶中 加入蒸馏水 50mL 0 1mL L 苯胺 9 342g 150mL 浓盐酸 剧烈搅拌下 滴加 0 5 mo l L 过硫酸铵的水溶液 反应温度为 25 反应立即发生 溶液呈黄绿色 滴加完毕后 在搅拌下反应 24h 产物为墨绿色乳 胶液 过滤 用 200mL 水冲洗 在用 50mL 甲醇洗涤 再用蒸馏水洗至中性 在低于 100 下真空干燥 24 h 得到含有杂质的聚苯胺 取一半加稀氨水搅拌 1 小时脱氢 也要用蒸馏水洗至中性 干燥 既得本征态的聚苯胺 称量得 2 64 克本征态聚苯胺 酸种类对合成产率的影响 酸 酸种类对合成产率的影响 酸 HCL H2SO4HCL H2SO4 H3PO4H3PO4 HCLOHCLO 按上述步骤 装置和仪器 分别用 HCL H2SO4 H3PO4 HCLO 和苯胺反应合 成聚苯胺 过滤 称量 计算产率 酸度对合成产率的影响 酸浓度 酸度对合成产率的影响 酸浓度 0 5mol L0 5mol L 1 0mol L1 0mol L 1 5moi L1 5moi L 2 0mol L2 0mol L 按上述步骤 装置和仪器 分别用浓度为 0 5mol L 1 0mol L 1 5mol L 2 0mol L 的 HCL 和苯胺反应合成聚苯胺 过 滤 称量 计算产率 不同掺杂物对合成产率的影响 掺杂物 磺基水杨酸 对甲基苯磺酸 氨不同掺杂物对合成产率的影响 掺杂物 磺基水杨酸 对甲基苯磺酸 氨 基磺酸 水杨酸 基磺酸 水杨酸 按上述步骤 装置和仪器 分别用磺基水杨酸 对甲基苯磺酸 氨基磺酸 水杨酸掺杂物和苯胺反应合成聚苯胺 过滤 称量 计算产率 1 2 11 2 1 投料比对聚苯胺合成产率的影响投料比对聚苯胺合成产率的影响 投料比 氧化态 苯胺 苯胺 g聚苯胺 g产率 1 19 3428 1787 45 1 1 54 6254 597 3 1 24 65653 7780 96 1 39 347 8584 05 1 2 2 酸度对聚苯胺合成产率的影响酸度对聚苯胺合成产率的影响 HCl 浓度 moL L苯胺 g聚苯胺 g产率 12 351 9884 25 1 521 6884 0 52 3251 9885 16 22 351 877 1 2 3 不同酸种类对聚苯胺合成产率的影响不同酸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 4 654 086 02 硫酸 4 6514 3292 9 磷酸 4 654 0486 88 次氯酸 4 6500 919 35 1 2 4 不同掺杂物对聚苯胺合成产率的影响不同掺杂物对聚苯胺合成产率的影响 掺杂物苯胺 g聚苯胺 g产率 磺基水杨酸 3 14392 502179 59 对甲基苯磺酸 3 142 3875 8 氨基磺酸 2 32822 104590 3 水杨酸 2 652 596899 54 1 3 聚苯胺的溶解性聚苯胺的溶解性 称取适量聚苯胺数份 分别加入不同有机溶剂溶解 过滤 称量 计算其率 1 3 1 不同投料比下聚苯胺在不同溶剂中的溶解度不同投料比下聚苯胺在不同溶剂中的溶解度 投料比投料比溶剂溶剂溶解度溶解度 N N 二甲基甲酰基 10 N 甲基吡咯烷酮 9 6 四氢呋喃 20 N N 二甲基甲酰胺 N 甲基吡咯烷酮 3 2 N N 二甲基甲酰胺 四氢呋喃 6 5 1 1 N 甲基吡咯烷酮 四氢呋喃 17 二甲苯 33 3 正丁醇 20 二甲基亚砜 43 3 N N 二甲基甲酰胺和四氢呋喃 33 3 N N 二甲基甲酰胺和二氯甲烷 16 7 1 1 5 四氢呋喃和二氯甲烷 50 邻苯二甲酸二丁酯 77 1 乙腈 13 3 N N 二甲基甲酰胺 54 7 邻苯和 N N 二甲基甲酰胺 74 03 N N 二甲基甲酰胺和乙腈 20 33 1 2 邻苯二甲酸二丁酯和乙腈 76 二氯甲烷 10 邻苯二甲酸二丁酯 10 乙二醇丁醚 33 3 1 3 二氯甲烷和乙二醇丁醚 23 3 1 3 2 不同酸度下聚苯胺的溶解度不同酸度下聚苯胺的溶解度 酸度酸度 mol L mol L 溶剂溶剂溶解度溶解度 四氢呋喃 30 乙腈 400 5 N N 二甲基甲酰胺 40 乙腈 10 四氢呋喃 101 0 N N 二甲基甲酰胺 10 四氢呋喃 10 二甲苯 12 二甲亚砜 1 1 5 二甲酰胺 20 乙腈 20 二甲苯 50 N N 二甲基甲酰胺 10 2 0 苯 30 1 3 3 不同酸中聚苯胺的溶解度不同酸中聚苯胺的溶解度 酸 1mol L 溶剂溶解度 四氢呋喃 22 49 乙腈 12 87 二甲基亚砜 9 09 HCL N N 二甲酰胺 31 78 氨水 19 乙腈 33 3 N N 二甲基甲酰胺和四氢呋喃 10 二甲基亚砜 13 3 H2SO4 甲基甲酰胺 16 7 氨水 14 乙腈与邻苯二甲酸二丁酯 116 N N 二甲基甲酰胺 16 7 二甲基亚砜 63 33 H3PO4 乙二醇丁醚和四氢呋喃 10 氨水 22 5 乙腈 10 乙二醇丁醚 0 二甲基亚砜 0 HCLO 四氢呋喃 10 1 3 41 3 4 不同掺杂物中聚苯胺的溶解度不同掺杂物中聚苯胺的溶解度 参杂物溶剂溶解度 四氢呋喃 26 6 邻苯二甲酸二丁酯 936 2 二甲基亚砜 181 4 磺基水杨酸 N N 二甲酰胺 489 4 四氢呋喃 11 二氯甲烷 14 二甲基亚砜 10 对甲基苯磺酸 N N 二甲基酰胺 36 二甲苯 82 54 邻苯二甲酸二丁酯 188 乙腈 93 7 氨基磺酸 N N 二甲酰胺 68 68 二甲苯 5 甲醇 12 4 乙醚 7 5 水杨酸 四氢呋喃 22 8 1 41 4 氧化态与本征态的红外光谱图氧化态与本征态的红外光谱图 本征态 C Program Files OPUS 65 MEAS 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 0 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体26 09 2013 3751 74 1627 63 1523 72 1384 01 1197 41 500100015002000250030003500 Wavenumber cm 1 20406080100 Transmittance Page 1 1 氧化态 C Program Files OPUS 65 MEAS 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 1 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体 体26 09 2013 3751 83 3448 60 1628 45 1541 09 1384 34 1197 84 500100015002000250030003500 Wavenumber cm 1 2030405060708090100 Transmittance Page 1 1 2 2 结果与分析结果与分析 2 1 聚苯胺合成结果分析聚苯胺合成结果分析 由上实验数据得知 在投料比为 1 1 5 时 聚苯胺的产率最高为 97 3 当用盐 酸作为酸种类时 盐酸的浓度为 0 5mol L 时 聚苯胺产率最好 为 85 16 选 用不同的酸时 硫酸的产率最高为 92 9 不同掺杂物时 水杨酸的产率最好 为 99 54 综上所得要使得聚苯胺的产率最好 最好的条件是用投料比为 1 1 5 且浓度为 0 5mol L 的硫酸并用水杨酸做掺杂物 这时的产率最佳 2 22 2 聚苯胺最佳溶剂分析聚苯胺最佳溶剂分析 由上述实验数据可知 在投料比为 1 3 乙二醇丁醚做溶剂时溶解性最好 为 33 3 在酸度为 2 0 时 用二甲苯做溶剂 此时溶解性最好为 50 用不同的 酸时 当酸为磷酸时 用二甲亚砜做溶剂时的溶解性最好 为 63 3 对于不 同的掺杂物 当掺杂物为氨基磺酸时 用乙腈做溶剂最好 溶解率为 93 7 综上所述 聚苯胺的最佳溶剂时乙腈 2 3 红外光谱图分析红外光谱图分析 本征态的聚苯胺的FTIR经分析可知 在1628 45cm 1和1541 09cm 1出的吸 收峰来自苯环特征峰 其中1628 45cm 1峰是醌式结构Q N的吸收振动 1541 09cm 1峰是苯式结构N B N的特征吸收振动 这两个吸收峰的强度比可以 反映聚苯胺的氧化程度 表征醌式结构的峰越大 分子链的氧化程度越高 1384 34cm 1和1197 84cm 1峰是芳香胺Ar N的吸收所致 3448 60cm 1峰为 NH 的伸缩振动 与本征态聚苯胺相比 由于氧化态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 还有共轭效应 因而1541 09cm 1减弱至 1523 73cm 1 由于氧化态聚苯胺中没有 NH伸缩振动 所以3448 60峰消失 3 结论结论 1 合成产率 通过四个实验探究数据结果分析可得出 当掺杂物为水杨 酸时聚苯胺合成产率最高为 99 54 2 溶解性 通过对聚苯胺溶解性的研究可得出 当有机溶剂为乙腈时聚苯 胺溶解率最高为 93 7 则乙腈为最佳溶剂 3 红外光谱分析 通过分析本征态和氧化态聚苯胺的红外光谱图 可以得出 氧化态聚苯胺中电子发生了离域 这种电子云的重排导致氧化态聚苯胺的大分 子形成共轭结构形式 从而有利于提高聚苯胺的导电性能 参考文献参考文献 1 何波兵 钟安永 陈德本等 聚苯胺及苯胺共聚物的合成与表征 J 高分子材料科 学与工程 2002 18 3 66 2 周震涛 杨洪业 王克俭等 聚苯胺的化学合成 结构及导电性能 J 华南理工大学 学报 自然科学版 1996 84 3 张清华 王献红 景遐斌 聚苯胺的合成及光谱特性 J 化学世界 2001 5 242 4 彭霞辉等 聚苯胺的合成及性能 中南大学学报 第 35 卷第 6 期 5 张连明等 聚苯胺的合成 表征及气敏性 化工技术与开发 第 36 卷第 6 期 6 吴保安等 盐酸掺杂态聚苯胺的合成 表征及电化学性能研究 重庆材料研究院 重 庆 400707