掺杂对甲基苯磺酸(sa)掺杂聚苯胺的合成与性能

掺杂对甲基苯磺酸(sa)掺杂聚苯胺的合成与性能

聚苯胺具有导电性、耐腐蚀性、电致色性和耐辐射性，是一种较好的环境保护，原材料便宜，易于加工，反应方便。它是生产二次电池、电动汽车压力材料和腐败问题的主要材料。聚苯胺的合成、掺杂聚苯胺的制备是人们一直研究的问题.苯胺单体在酸性溶液中同氧化剂反应或者在电极上发生氧化缩合反应[0.8V,v.s.SCE(标准甘汞电极)]即可获得聚苯胺本文采用溶液聚合成对甲基苯磺酸掺杂的聚苯胺,并采用正交实验的方法优化实验方案,通过验证实验,制得聚苯胺的电导率为1.0×101实验1.1(1)合成工艺试剂苯胺(天津市博迪化工有限公司)、过硫酸铵(天津市博迪化工有限公司)、对甲基苯磺酸(天津市博迪化工有限公司)、丙酮、BaCL(2)实验仪器和仪器数显恒温水浴锅(HH-2国华电器有限公司)、JJ-1精密增力电动搅拌器(国华电器有限公司)、万用表(8050ADIGITALMULTIMETER)、恒压滴液漏斗、电阻仪.1.2过硫酸铵aps-过硫酸铵aps全电阻值ws取一定浓度的对甲基苯磺酸(TSA)放入四口烧瓶中,以一定的摩尔比取一定量的苯胺缓慢加入TSA溶液中.待体系达到一定温度时,用恒压滴液漏斗缓慢滴加一定浓度一定摩尔比的过硫酸铵(APS)溶液,反应一定时间后,使用布氏漏斗进行抽滤,并用丙酮和蒸馏水不断冲洗产物,使滤液呈透明色并用BaCL将产物放入两平行极板间以恒定压力压实,用精密万用表测出两极板间的电阻值,再通过以下公式计算出电阻率=式中,2结果与讨论2.1过硫酸铵浓度对聚苯胺导电率的影响由图1所见,随着过硫酸铵浓度的增加,电导率逐渐增大,在1.0mol/L处达到最大值后,又逐渐减小.原因是随着过硫酸铵浓度增大,聚苯胺产物增多,导电通道增加,导电率增大.但是,当过硫酸铵浓度继续增大时,参加产物的反应活性中心过多而不利于得到高分子量产物,并且过多的过硫酸铵会产生进一步的氧化反应,从而生成全氧化态的聚苯胺,使导电性能下降.2.2胺的电导率由图2所见,当O/AN(氧化剂与苯胺的摩尔比,下同)小时,聚苯胺的电导率较低;当比例不断增加时,电导率略有提高;当O/AN=1时,电导率达到最大值,继续增加比例,电导率迅速下降.这是因为氧化剂用量增大使PANI可能氧化裂解,破坏了共轭结构使相对粘度较小,电导率下降.2.3sa的掺杂聚苯胺合成时需要在酸性环境中进行,本实验采用的TSA既给体系提供酸性环境又担当掺杂剂对聚苯胺进行掺杂.有研究证实,当酸性较强时,聚合物的电导率较高;当酸性弱时,聚合物的电导率很低甚至为绝缘材料2.4TSA聚苯胺导电性能是由酸中的H2.5反应时间对电导率的影响固定其他参数,改变反应时间.由图5可见,反应时间在2～6h变化时,电导率都在增加.当反应时间为6h时,电导率达到最大值,在增加反应时间到8h时,电导率下降很快.2.6正交实验结果苯胺聚合为放热反应,低温是有利于聚合反应的进行,随着温度的升高,产物的电导率略有增加.但是随着反应温度的不断升高,会使氧化剂过硫酸铵产生过氧化作用,导致产物的电导率下降.所以,在反映过程中控制反应温度也是很重要的.由图6可知,当体系温度达到15℃时,产物的电导率最高.根据表1,按正交法设计实验方案,对18组实验结果进行级差分析,得出影响因素的主次关系依次为APS浓度>APS与Ani的摩尔比>TSA与Ani的摩尔比>TSA浓度>反应时间>反应温度.对正交实验进行分析并且进行各个因素的分析后可知,制备对甲基苯磺酸掺杂聚苯胺的优化实验条件为:TSA与Ani的摩尔比为1.5∶1,TSA的浓度为1.5mol/L,APS与Ani的摩尔为1∶1,APS的浓度为1mol/L,反应时间为6h,反应温度为15℃.其电导率为3.5×10为验证正交实验的准确性,按照以上优化条件采取同样的工艺制备聚苯胺所得的导电率为2.3×103甲基苯磺酸掺杂聚苯胺合成条件的确定(1)聚苯胺的电导率随着TSA的浓度及其与苯胺的摩尔比、APS的浓度及其与苯胺的摩尔比、反应时间、反应温度的变化而变化.通过实验优化筛选了甲基苯磺酸掺杂聚苯胺的实验条件.(2)合成聚苯胺的最佳条件是:TSA与Ani的摩尔比为1.5∶1,