盐酸掺杂制备导电性聚苯胺的工艺优化研究.pdf

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1、第12期高分子通报·49·!"!!!!!!!!"研!究简报!"!!!!!!!!"!盐酸掺杂制备导电性聚苯胺的工艺优化研究关荣锋，王杏（苏州科技学院电子与信息工程学院，苏州215011）摘要：掺杂是获得高导电性聚苯胺的重要手段。本文采用盐酸进行掺杂，通过实验研究了不同条件下盐酸掺杂对聚苯胺基本性能的影响，优化了制备聚苯胺的工艺条件。当过硫酸铵与苯胺比为1时，聚合产率高达66.14%；当盐酸浓度为1.5moI/L时，室温下反应121导电性最好。制备了聚苯胺样品，并对样品进行了FT-IR、SEM、XRD测试。结果均表明盐酸掺杂聚苯胺的反

2、应主要发生在醌环上，掺杂后聚苯胺有一定的结晶性，且呈微纳米颗粒状、分布均匀，电导率达到1.29S·cm-1。正交试验得出的优化工艺为：盐酸浓度为1.0moI·L-1，氧化剂与苯胺单体摩尔比为111，室温条件下反应41。关键词：盐酸掺杂；聚苯胺；工艺优化：特性测试引言通过掺杂可使聚苯胺获得导电性，掺杂质子酸中无机酸有HCI、HBr、H2SO4、HCIO4、HNO3、H3PO4、［1~3］CH3COOH等。用无机酸掺杂聚苯胺一般可以获得较高的电导率，但是溶解性很差。针对聚苯胺的刚［4，5］性链难溶难熔的特点，人们主要利用有机酸和共聚方

3、法来改善其溶解性和加工性能。由于非挥发性的质子酸如H2SO4、HCIO4，最终会残留在聚苯胺的表面，影响产品质量。因此，在化学聚合法制备聚苯胺中，最常用的介质酸是盐酸。本文采用盐酸进行掺杂，讨论了不同条件下盐酸掺杂对聚苯胺基本性能的影响，优化了制备聚苯胺的实验室条件，制备了聚苯胺样品，并对样品进行了FT-IR、SEM、XRD等分析。1实验主要原料与实验过程!"!原料苯胺（分析纯·AR）使用前加入锌粉一次减压蒸馏，莱阳化工实验厂；过硫酸铵（分析纯·AR）和盐酸（分析纯·AR）均为莱阳市双双化工有限公司生产；实验用水为自制蒸馏水。!"

4、#实验过程由于聚苯胺的结构多样化，不同的聚合方式，不同的聚合条件所得的结果各不相同，特别是氧化剂及苯胺的用量、酸的浓度对聚苯胺的电导率及产率都有很大的影响。本实验将含有一定量的过硫酸铵的盐酸溶液缓慢地加入到装有苯胺单体和盐酸溶液的容器中，在一定温度下连续反应几小时，再过滤，洗涤，［6］真空干燥，即可得到掺杂态PANI，其掺杂过程可查相关文献。用氨水将掺杂态聚苯胺进行脱掺杂后，可以对其进行简单的再掺杂。在盐酸、氧化剂体系中，苯胺发生如下反应：基金项目：国家自然基金委主任基金（批号：50545028）；苏州科技学院校科学研究基金（批号

5、：330790013）；作者简介：关荣锋（1963-），男，汉族，湖北潜江人，教授，博士，主要从事光电子技术与光电材料的研究。E-maiI：rongfeng@163.com.·50·高分子通报2009年12月图1盐酸掺杂聚苯胺生成反应式Figure1Oxidationofanilinehydrochlorideammoniumperoxydisulfateyieldpolyanilinehydrochloride2表观产率影响因素分析2.1反应盐酸浓度的影响苯胺的氧化聚合反应在不同的酸浓度下是按不同的反应机理进行的，所得的产物的结

6、构也有很大的差别，但苯胺的聚合反应是一定要在酸性溶液中进行。反应液的酸浓度对苯胺的聚合反应产物的性能有一定的影响，表1为苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1，温度为室温时不同的盐酸浓度对聚苯胺的影响。从表1中可以看出酸浓度很低时，聚合产率不高，随着酸浓度的升高，聚合物的产率都有所提高，当盐酸浓度为1mol/L，反应时间为6h时，产率为29.81%。表1氧化剂用量对聚苯胺表观产率的影响Table1Theaffectofoxidantonpolyanilineyield盐酸浓度（mol/L）产率/%氧化剂/苯胺产率温度/C产率/%0.526.2

7、50.553.29冰水55.481.029.181.066.14室温66.141.527.031.553.864045.512.026.722.2氧化剂用量的影响采用氧化剂的量不同时，反应的产率和聚合物的电导率亦不相同。在盐酸浓度固定情况下（为1.0mol/L），随着氧化剂用量的增加，其反应产率明显提高，当过硫酸铵与苯胺比为1时，聚合产率高达66.14%，若继续增加过硫酸铵用量时，聚合产率反而下降。在盐酸苯胺浓度一定的情况下，过硫酸铵浓度很大时，反应的活性中心过多，不利于形成高分子的聚苯胺，同时，过剩的氧化剂还会使高分子链进一步氧

8、化，以致断裂成低分子化合物，导致产物的电导率下降。此外反应温度对产率有一定的影响，当温度在室温附近时其产率最高。2.3反应温度的影响采用过硫酸铵作为氧化剂的聚合反应体系，反应温度和时间是聚苯胺合成的两个重要参数，聚苯胺的合成是剧烈的放热反应过程，反