摻雜對甲基苯磺酸(sa)摻雜聚苯胺的合成與性能

聚苯胺具有導(dǎo)電性、耐腐蝕性、電致色性和耐輻射性，是一種較好的環(huán)境保護(hù)，原材料便宜，易于加工，反應(yīng)方便。它是生產(chǎn)二次電池、電動汽車壓力材料和腐敗問題的主要材料。聚苯胺的合成、摻雜聚苯胺的制備是人們一直研究的問題.苯胺單體在酸性溶液中同氧化劑反應(yīng)或者在電極上發(fā)生氧化縮合反應(yīng)[0.8V,v.s.SCE(標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極)]即可獲得聚苯胺本文采用溶液聚合成對甲基苯磺酸摻雜的聚苯胺,并采用正交實驗的方法優(yōu)化實驗方案,通過驗證實驗,制得聚苯胺的電導(dǎo)率為1.0×101實驗1.1(1)合成工藝試劑苯胺(天津市博迪化工有限公司)、過硫酸銨(天津市博迪化工有限公司)、對甲基苯磺酸(天津市博迪化工有限公司)、丙酮、BaCL(2)實驗儀器和儀器數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-2國華電器有限公司)、JJ-1精密增力電動攪拌器(國華電器有限公司)、萬用表(8050ADIGITALMULTIMETER)、恒壓滴液漏斗、電阻儀.1.2過硫酸銨aps-過硫酸銨aps全電阻值ws取一定濃度的對甲基苯磺酸(TSA)放入四口燒瓶中,以一定的摩爾比取一定量的苯胺緩慢加入TSA溶液中.待體系達(dá)到一定溫度時,用恒壓滴液漏斗緩慢滴加一定濃度一定摩爾比的過硫酸銨(APS)溶液,反應(yīng)一定時間后,使用布氏漏斗進(jìn)行抽濾,并用丙酮和蒸餾水不斷沖洗產(chǎn)物,使濾液呈透明色并用BaCL將產(chǎn)物放入兩平行極板間以恒定壓力壓實,用精密萬用表測出兩極板間的電阻值,再通過以下公式計算出電阻率=式中,2結(jié)果與討論2.1過硫酸銨濃度對聚苯胺導(dǎo)電率的影響由圖1所見,隨著過硫酸銨濃度的增加,電導(dǎo)率逐漸增大,在1.0mol/L處達(dá)到最大值后,又逐漸減小.原因是隨著過硫酸銨濃度增大,聚苯胺產(chǎn)物增多,導(dǎo)電通道增加,導(dǎo)電率增大.但是,當(dāng)過硫酸銨濃度繼續(xù)增大時,參加產(chǎn)物的反應(yīng)活性中心過多而不利于得到高分子量產(chǎn)物,并且過多的過硫酸銨會產(chǎn)生進(jìn)一步的氧化反應(yīng),從而生成全氧化態(tài)的聚苯胺,使導(dǎo)電性能下降.2.2胺的電導(dǎo)率由圖2所見,當(dāng)O/AN(氧化劑與苯胺的摩爾比,下同)小時,聚苯胺的電導(dǎo)率較低;當(dāng)比例不斷增加時,電導(dǎo)率略有提高;當(dāng)O/AN=1時,電導(dǎo)率達(dá)到最大值,繼續(xù)增加比例,電導(dǎo)率迅速下降.這是因為氧化劑用量增大使PANI可能氧化裂解,破壞了共軛結(jié)構(gòu)使相對粘度較小,電導(dǎo)率下降.2.3sa的摻雜聚苯胺合成時需要在酸性環(huán)境中進(jìn)行,本實驗采用的TSA既給體系提供酸性環(huán)境又擔(dān)當(dāng)摻雜劑對聚苯胺進(jìn)行摻雜.有研究證實,當(dāng)酸性較強時,聚合物的電導(dǎo)率較高;當(dāng)酸性弱時,聚合物的電導(dǎo)率很低甚至為絕緣材料2.4TSA聚苯胺導(dǎo)電性能是由酸中的H2.5反應(yīng)時間對電導(dǎo)率的影響固定其他參數(shù),改變反應(yīng)時間.由圖5可見,反應(yīng)時間在2～6h變化時,電導(dǎo)率都在增加.當(dāng)反應(yīng)時間為6h時,電導(dǎo)率達(dá)到最大值,在增加反應(yīng)時間到8h時,電導(dǎo)率下降很快.2.6正交實驗結(jié)果苯胺聚合為放熱反應(yīng),低溫是有利于聚合反應(yīng)的進(jìn)行,隨著溫度的升高,產(chǎn)物的電導(dǎo)率略有增加.但是隨著反應(yīng)溫度的不斷升高,會使氧化劑過硫酸銨產(chǎn)生過氧化作用,導(dǎo)致產(chǎn)物的電導(dǎo)率下降.所以,在反映過程中控制反應(yīng)溫度也是很重要的.由圖6可知,當(dāng)體系溫度達(dá)到15℃時,產(chǎn)物的電導(dǎo)率最高.根據(jù)表1,按正交法設(shè)計實驗方案,對18組實驗結(jié)果進(jìn)行級差分析,得出影響因素的主次關(guān)系依次為APS濃度>APS與Ani的摩爾比>TSA與Ani的摩爾比>TSA濃度>反應(yīng)時間>反應(yīng)溫度.對正交實驗進(jìn)行分析并且進(jìn)行各個因素的分析后可知,制備對甲基苯磺酸摻雜聚苯胺的優(yōu)化實驗條件為:TSA與Ani的摩爾比為1.5∶1,TSA的濃度為1.5mol/L,APS與Ani的摩爾為1∶1,APS的濃度為1mol/L,反應(yīng)時間為6h,反應(yīng)溫度為15℃.其電導(dǎo)率為3.5×10為驗證正交實驗的準(zhǔn)確性,按照以上優(yōu)化條件采取同樣的工藝制備聚苯胺所得的導(dǎo)電率為2.3×103甲基苯磺酸摻雜聚苯胺合成條件的確定(1)聚苯胺的電導(dǎo)率隨著TSA的濃度及其與苯胺的摩爾比、APS的濃度及其與苯胺的摩爾比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度的變化而變化.通過實驗優(yōu)化篩選了甲基苯磺酸摻雜聚苯胺的實驗條件.(2)合成聚苯胺的最佳條件是:TSA與Ani的摩爾比為1.5∶1,