聚苯胺的合成及表征

1、聚苯胺的合成及表征 化学综合实验 题 目（中文）： 聚苯胺的合成及表征 姓 名 xxx 学 号 xxxxxxxxxxxx 院 （系） 化学与生命科学 专业、年级 xxxx级化学 指导教师 xxxxxx 职称 教授 二一三年十一月 聚苯胺的合成及表征 xxx 贵州师范学院 化学与生命科学学院 贵州贵阳550018 摘要：用化学氧化合成聚苯胺，以苯胺（an）为单体，过流酸铵（aps）为氧化剂，控制反应温度，在酸性介质（无机酸）中合成聚苯胺。本文主要讨论研究氧化剂的加入量、酸的种类、温度等对聚苯胺合成产率的影响及聚苯胺在不同有机溶剂中的溶解率。实验结果表明，当加入的氧化剂与苯胺的摩尔比为1.2:1、

2、质子酸为磷酸、温度为10时，聚苯胺产率最高。所选的溶剂中，制得的聚苯胺在正辛醇中的溶解率最大。 关键字：聚苯胺、表征、合成、影响因素、溶解性 前言： 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

3、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1-5。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

4、和电磁屏蔽材料、导电纤维、防腐材料等等6-9。 1、实验内容 1.1 仪器与试剂 85-2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）、苯胺（分析纯）、盐酸（hcl，优级纯）、过硫酸铵（aps，分析纯）、硫酸（h2so4）、磷酸（h3po4）、高氯酸（hclo4）、n,n-二甲基甲酰胺（分析纯 ar 广东光华科技股份有限公司）、二甲基亚砜（分析纯 ar 广东光华科技股份有限公司）、蒸馏水。 1.2 聚苯胺的合成

5、 配制1mol/l的盐酸（其他）并配制成100 ml水溶液，加入0.025mol苯胺并缓慢滴加100ml 0.025mol/l的(nh4)2s2o（，40分钟左右滴加完，在258氧化剂）（其他）条件下利用恒温磁力搅拌器搅拌反应至第二天，过滤（用蒸馏水洗涤至ph=6），移至干燥箱中干燥（80），称重，计算产率。取1g氧化态聚苯胺于25ml锥形瓶中，向其中加入100ml稀氨水，放在电动振荡器上振荡一小时，然后用蒸馏水洗至中性，放在80烘干机中烘干得到本征态聚苯胺待测红外。 1.2.1 投料比对聚苯胺合成的影响 保持其他条件不变，利用苯胺与氧化剂过硫酸铵的不同的摩尔比1:1、1:1.2、 1:1.4

6、、1:1.6来进行聚苯胺的合成，探索不同的温度对合成产率的影响 1.2.2 酸种类对聚苯胺合成的影响 保持其他条件不变，利用不同的质子酸盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸来进行聚苯胺的合成，探索不同的温度对合成产率的影响 1.2.3 温度对聚苯胺合成的影响 保持其他条件不变，利用不同的温度10、17、20、25来进行聚苯胺的合成，探索不同的温度对合成产率的影响。 1.3聚苯胺的溶解性 用电子天平分别称取一定量的干燥的本征态聚苯胺分批加入到10ml有机溶剂中，恒温振荡1h，减压抽滤分出不容物，用蒸馏水洗涤，干燥，称重。若称取本征态聚苯胺的质量为w，不容物质量w，为其溶解率为： 溶解率=(ww)w100 1

7、.4 红外测试 将制得的聚苯胺用傅里叶tensor-27型红外光谱仪检测产物的红外光谱，样品采用kbr压片法制备。扫描范围4000500 cm?1。 2. 结果与分析 2.1 聚苯胺的合成 2.1.1投料比对聚苯胺合成的影响 表1 投料比对聚苯胺合成的影响 组号 1 2 3 4 由表1可以看出：随着氧化剂用量的增加，聚苯胺的产率均呈现先增大、后减小的趋势，在aps/an(摩尔比)为1:1.2时达到最大。当苯胺聚合反应在“氧化剂与苯胺的摩尔比”较低时，由于体系的反应活性中心较少，易于生成高分子量的pan，因此聚合产物的产率随着氧化剂用量的增加都有所升高；而当氧化剂用量过多时，体系的活性中心相对较

8、多，不但不利于生成高分子量的pan，而且过量的氧化剂还会对主链进一步氧化，破坏了主链的共轭结构，从而导致产物的产率都下降。 2.1.2 酸种类对聚苯胺合成的影响 表2 酸种类对聚苯胺合成的影响 投料比 1:1 1:1.2 1:1.4 1:1.6 苯胺/g 9.3 9.3 9.3 9.3 聚苯胺/g 8.80 8.95 8.32 7.35 产率% 94.6 96.2 89.5 79.0 组号 1 2 3 4 酸的种类 盐酸 硫酸 磷酸 高氯酸 苯胺/g 4.65 4.65 4.65 4.65 聚苯胺/g 3.14 4.12 4.23 4.20 产率/% 67.53 88.60 90.96 90.

9、32 由表2可以得出：当苯胺的量一定时，用盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸四种酸掺杂进行制备聚苯胺，加磷酸掺杂合成产率最高，但根据有关文献10得知，用盐酸掺杂合成效果最好，产率最高。此误差说在合成过程中，没有洗涤至中性以及其他操作存在误差，导致磷酸合成产率高。 2.1.3 温度对聚苯胺合成的影响 表3 温度对聚苯胺合成的影响 组号 1 2 3 温度/ 10 17 20 苯胺/g 2.33 2.33 2.33 聚苯胺/g 2.08 2.03 1.99 产率/% 89.27 87.12 85.41 4 25 2.33 1.76 75.54 由表3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89.27%；温度越高，产率越低。 2.2聚苯胺的溶解性 表4 25温度下制得的本征态聚苯胺在不同溶剂中的溶解率 组号 1 2 3 4 溶剂 二甲基亚砜 二甲苯 正辛醇 n,n-二甲基甲酰胺 溶剂体积/ml 10 10 10 10 溶解率/% 12.78 18.78 32.00 27.61 由表4可以看出，在二甲基亚砜、二甲苯、正辛醇、n,n-二甲基甲酰胺四种溶剂中，聚苯胺在正辛醇中的溶解性