化学实验报告聚苯胺7138.doc

聚苯胺的合成及表征 摘要：本实验采用氧化聚合法，以苯胺为单体，过硫酸铵为氧化剂，探究投料比、不同类酸及反应温度这三种因素对聚苯胺合成的影响，及本征态聚苯胺的溶解性影响因素。用红外光谱仪(IR)对聚苯胺氧化态及本征态结构变化进行了测试。 关键字：聚苯胺 合成 表征 前言 20 世纪 70 年代后期由于聚乙炔的发现而迅速产生了以共轭高分子为基础的导电聚合物，聚苯胺就是其中之一。80 年代，Macdiarmid [1-3]等对聚苯胺（polyaniline，PAn）做了较为系统的研究。相对于其它共轭高分子而言，聚苯胺原料易得、合成简单、具有较高的导电性和潜在的溶液、熔融加工可能性同时还有良好的环境稳定性，在金属防腐涂料、人工肌肉、可充电电池、导电涂料和导电膜、电磁屏蔽、传感器、抗静电保护、电子仪器和电致发光材料等方面有着广泛的应用前景。因此，一直是导电高分子研究的热点和最受关注的导电聚合物品种之一。 化学氧化法制备聚苯胺通常是在酸性介质中，采用水溶性引发剂引发单体发生氧化聚合。本次所用的引发剂主要有(NH4)2S2O8[3-4]，化学氧化聚合法合成聚苯胺的反应大致可分为3 个阶段：①链诱导和引发期；②链增长期；③链终止期。在苯胺的酸性溶液中加入氧化剂，则苯胺将被氧化为聚苯胺。在诱导阶段生成二聚物，然后聚合进入第二阶段，反应开始自加速，沉淀迅速出现，体系大量放热，进一步加速反应直至终止。聚苯胺的低聚物是可以溶于水的，因此初始时反应在水溶液中进行。苯胺的高聚物不溶于水，因此高聚物大分子链的继续增长是界面反应，反应在聚苯胺沉淀物与水溶液的两相界面上进行。 此次试验通过对投料比、不同类酸及反应温度这三种因素对聚苯胺合成产率的影响。 聚苯胺分子结构[5] 实验内容 1.1仪器与试剂 仪器：恒温磁力搅拌器，TENSOR-27(德国布鲁克)红外光谱仪，HY-12型压片机（天津天光光学仪器有限公司），烘干器，表面皿，烧杯，锥形瓶，洗瓶等。 试剂：苯胺（分析纯，天津博迪化工股份有限公司）8.95g 96.2% 1:1.4 9.30g 8.32g 89.5% 1:1.6 9.30g 7.35g 79% 表1 1.2.2酸的种类对聚苯胺合成产率的影响 酸的种类 苯胺/g 聚苯胺/g 产率/% 盐酸 4.65 3.14 67.53 硫酸 4.65 4.12 88.60 磷酸 4.65 4 .23 90.96 高氯酸 4.65 4.2 90.32 表2 1.2.3反应温度对聚苯胺合成产率的影响 温度/℃ 苯胺/g 聚苯胺/g 产率/% 10℃ 2.33 2.08 89.27% 17℃ 2.33 2.03 87.12% 20℃ 2.33 1.99 85.41% 25℃ 2.33 1.76 75.54% 表3 1.3聚苯胺的溶解性 溶剂 溶解度/% 四氢呋喃（10ml） 15 二甲苯（10ml） 14 二甲基亚砜（10ml） 23 N,N-二甲基甲酰胺(10ml) 11 表4 盐酸掺杂态聚苯胺的溶解性探究 溶剂 溶解度/% 四氢呋喃（10ml） 19 二甲苯（10ml） 10 二甲基亚砜（10ml） 25 N,N-二甲基甲酰胺(10ml) 24 N-甲基吡咯烷酮(10ml) 32 表5 本征态聚苯胺的溶解性探究 1.4红外光谱(IR)测试 本征态聚苯胺红外光谱图 盐酸掺杂态聚苯胺红外光谱图 2、结果分析 2.1合成产率分析[8] 通过对上述表1、2、3的数据分析，可得出在此实验中在10℃的温度下，投料比（苯胺：氧化剂）为1∶1，酸为磷酸时的合成产率最高。 2.2关于溶解性[9] 1、通过对表4中的数据进行分析得掺杂态聚苯胺的最佳溶剂在此实验中为二甲亚砜。 2、通过对表5 中的数据进行分析得本征态聚苯胺的最佳溶剂在此实验中为N-甲基吡咯烷酮。 2.3红外光谱(IR)测定[10] 本征态聚苯胺的IR图谱中3435.92cm-1和1629.6cm-19为苯环特征峰，1630.14cm-1峰是是醌式结构N=Q=N的吸收振动，这个吸收峰的强度比可以反映聚苯胺的氧化程度，表征态醒式结构的峰越大，分子链的氧化程度越高；1383.94cm-1峰是芳香胺Ar一N 的吸收所致；1201.26cm-1峰是苯环的面内弯曲振动. 与本征态聚苯胺相比，由于掺杂使聚合物分子链中的电子云密度下降，降低了原子间的力常数，产生诱导效应，同时由于掺杂作用形成的共轭效应使得基团的振动频率下降，因此各个吸收峰都向低频方向移动。 结论 在此实验中在10℃的温