[发明专利]一种聚苯胺的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电高分子制备技术领域，特指一种聚苯胺的制备方法。

背景技术

聚苯胺(PANI)作为导电高分子的研究只有20多年的历史，在这期间，国内外相关研究者已对聚苯胺的结构、特性、合成、掺杂、改性等方面进行了较为深入的研究。种种优良特性使其被认为是最有希望在实际中得到应用的导电高分子，成为研究热点。掺杂是赋予聚苯胺导电性的有效途径，经质子酸掺杂电导率会提高十二个数量级，并且通过脱掺杂一掺杂过程使其电导率在绝缘体一半导体一金属态范围内变化。但是，聚苯胺的物理、化学性质强烈依赖于合成的方法、条件以及质子化程度和掺杂剂的性质。

本发明开发出一种聚苯胺的制备方法，采用化学氧化法合成盐酸掺杂态聚苯胺。

发明内容

本发明的目的是开发出一种聚苯胺的制备方法，其特征为，制备聚苯胺所用原料为，苯胺(An)、过硫酸铵(APS)、盐酸、无水乙醇，都是分析纯。制备聚苯胺的工艺如下：(1)苯胺的预处理，苯胺遇光或空气易氧化而呈黄色，因此使用前需蒸馏提纯。将100g苯胺加入盛有40g无水氯化钙的锥形瓶中剧烈震荡，静置24小时以吸收其中的水分。蒸馏装置调好后，将苯胺倒进蒸馏瓶，加入15g锌粉防止苯胺氧化，加入25g沸石防止暴沸，开始加热并调节加热速率，加热速率5℃/min，加热温度183～185℃，使小气泡均匀地产生。收集183～185℃间的无色油状馏分，当蒸汽温度剧烈波动时，蒸馏完毕，停止加热。待装置冷却后，取出馏出液，重复上述步骤，进行二次蒸馏。最后把经二次蒸馏的苯胺转移到棕色瓶中，在阴暗处保存。(2)原掺杂态聚苯胺的制备，配制浓度为1mol/L的盐酸水溶液。将预处理后的10ml苯胺单体溶于240ml含盐酸15％的盐酸溶液中，并转移至三颈瓶，搅拌均匀。称取与苯胺单体摩尔比为1∶1的过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈)溶于250ml盐酸中，并转移至滴液漏斗。将过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈)的盐酸溶液缓慢滴加到三颈瓶中，溶液很快由无色透明变为浅绿-浅蓝-深蓝-紫红。滴加1.5小时后继续搅拌反应5小时，停止反应，抽滤。将滤饼依次用含盐酸15％的盐酸溶液、无水乙醇反复清洗至无色，最后在333K下真空干燥24小时即得到墨绿色原掺杂态聚苯胺(PANI)粉末。

过硫酸铵用量对聚苯胺电导率和产率的影响见表1。由表可见，在反应各因素中，过硫酸铵用量对聚苯胺的产率和电导率影响最大，因此先保持其他条件不变，而仅改变过硫酸铵用量来探讨合适的反应条件。固定盐酸的浓度为1mol/L。在盐酸浓度固定后，随着过硫酸铵用量的增加，其反应产率明显提高，当过硫酸铵与苯胺的摩尔比为2.0时，聚合产率高达80％，以后，再增加过硫酸铵用量时，聚合产率反而下降。产物的电导率开始随着过硫酸铵用量的增加而增加，当过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.0时，电导率最大。而当过硫酸铵用量过多或过少时，产物的电导率都有所下降。

表1过硫酸铵浓度对聚苯胺电导率和产率的影响

不同温度对苯胺电导率和产率的影响见表2，由表可见，产物聚苯胺的电导率和产率随着温度的不同而变化，苯胺聚合为放热反应，低温时有利于聚合反应的进行。随着反应温度的不断升高，产率下降，并且过氧化作用不断增加，从而导致产物的电导率下降。

表2不同温度对聚苯胺电导率和产率的影响

过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.0、反应温度为0℃、盐酸的浓度约为1mol/L时、反应时间对电导率和产率的影响，结果见表3。从表3中可以看出，以过硫酸铵为氧化剂，反应时间从1～6h变化时，反应电导率和产率都在增加。当反应时间为6h时，电导率达到最大值，继续增加反应时间，电导率和产率有所下降。

表3反应时间对聚苯胺电导率和产率的影响

反应体系中的酸浓度对苯胺的聚合反应物的性能有一定的影响，表4为过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.0、温度为0℃时不同的盐酸浓度对聚合物的影响。从表4中可以看出酸浓度很低时，聚合产率不高，所得产物的导电率也相当低，随着盐酸浓度的升高，聚苯胺的电导率和产率都有所提高，当盐酸浓度达到1mol/L时，聚苯胺的电导率和产率达到最大值。

表4不同的盐酸浓度对聚苯胺电导率和产率的影响