[发明专利]水溶性自掺杂苯胺齐聚物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种新型的具有水溶性和自掺杂特性的 苯胺齐聚物及其制备方法。

技术背景

聚苯胺是一种典型的导电高分子聚合物，因具有电导率高、易于合成、原料 易得、电化学性质良好等优点，在二次电池、金属防腐、发光器件、电磁屏蔽、 气体分离膜、催化及传感器等方面显示出广泛的应用前景。但是传统聚苯胺材料 的不溶不熔，加工性差等缺点极大的限制了其在实际中的应用。因此人们将更多 的注意力转移到水溶性聚苯胺及其衍生物的研究上。

目前解决导电聚苯胺的水溶性有以下几种方法：(1)在聚苯胺的氮原子或苯 环上引入亲水性基团制备水溶性聚苯胺衍生物；(2)聚苯胺的嵌段及接枝改性；(3) 水乳液聚合法制备水溶性聚苯胺；(4)高分子酸模板法；(5)模板导向生物法；(6) 水溶性有机酸掺杂法；(7)掺杂剂诱导增溶法等。虽然目前在这一研究领域已有 不少开创性研究工作的报道，然而在大规模工业化应用之前还有许多理论及实际 问题需要解决。首先，水溶性聚苯胺的合成条件苛刻，分离提纯的步骤繁琐，并 且对于苯胺与苯胺衍生物共聚得到的产物如何将共聚物与均聚物分离的问题尚 未解决。其次，目前报道的水溶性聚苯胺有一部分仅仅限于特定pH值的水溶液 中才能溶解，并且有很多是以水分散性胶束而存在，即使是肉眼观察呈溶解状态， 但它仍以胶体分散状态存在，还远未达到分子水平上的溶解。因此如何通过一种 简单有效的方法制备具有分子水平的水溶性的聚苯胺或其衍生物材料具有重要 的实际意义。

本发明中我们制备出了一种新型的水溶性自掺杂苯胺齐聚物，同时也为水溶 性聚苯胺衍生物材料的制备提供了一个新的途径。

发明内容

本发明目的是提供一种新型的具有水溶性和自掺杂特性的苯胺齐聚物及其 制备方法。

本发明以氧化偶联方法为基础，采用丙烷磺酸内酯作为磺化试剂，成功制备 出了一种两端含有磺酸基团的苯胺齐聚物。由于这类化合物的分子结构确定，分 子量较低，因此能够溶解到任意pH值条件下的水溶液中。化合物结构中虽然苯 胺共轭链段较短，导电率也低于聚苯胺材料，但是它们依然能够拥有与聚苯胺材 料十分接近的电化学活性，因此它们有希望被用作金属的缓蚀剂材料，并且由于 这种化合物的水溶性更好，因此这类化合物的缓蚀效率有望超过聚苯胺材料。同 时两端的磺酸基的存在使得齐聚物具有自掺杂的特性，使得齐聚物在酸性、中性、 甚至碱性的环境中都能体现出良好的电活性，这也极大的扩展了该材料的应用范 围。

本发明所述新型水溶性自掺杂苯胺齐聚物的分子结构如下所示：

本发明所述的新型水溶性自掺杂苯胺齐聚物的合成路线如下所示：

本发明所述方法包括如下两个步骤：

(1)单体的合成：将摩尔比为2～3∶1的对氨基二苯胺和丙烷磺酸内酯溶于 二氯甲烷中，反应体系的固含量为15％～20％；在氮气保护、搅拌回流的条件下 反应20～30小时，反应完后直接过滤得到粗产品，粗产品再用二氯甲烷洗涤3～5 次，然后在40～50℃温度条件下真空干燥10～15小时得到纯净单体，产率在80 ％以上；

(2)苯胺齐聚物的合成：将摩尔比为2∶1的上述步骤得到的单体和对苯二 胺溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、盐酸(质量分数37％)和蒸馏水的混合溶 剂中，DMF、盐酸和蒸馏水的体积比为8∶1∶1，反应体系的固含量为5％～10 ％；再将摩尔数为对苯二胺2倍量的过硫酸铵溶于1mol/L盐酸中配成溶液，然 后将此溶液缓慢加入到上述溶有单体和对苯二胺的酸性溶液体系中，快速搅拌， 滴加完毕后继续反应2～3小时；将反应溶液倒入乙醇中过滤得到粗产品，粗产 品再用乙醇洗涤3～5次，在40～50℃真空干燥15～20小时后再溶解到DMF中， 过滤除掉无机盐，再在乙醇中出料，抽滤后用乙醇洗涤1～2次，在40～50℃温 度条件下真空干燥12～20小时，即得到纯净的苯胺齐聚物，产率75％以上。

对氨基二苯胺的结构式：

丙烷磺酸内酯的结构式：

对苯二胺的结构式：

合成的单体的结构式：

附图说明

图1：本发明合成的单体的质谱图；

图2：本发明合成的单体的红外谱图；