几种掺杂聚苯胺的制备

几种掺杂聚苯胺的制备

作为导电聚合物，聚苯胺（pui）是目前应用最广泛的电导率材料。其结构多样,导电率高,掺杂机制独特,物理性能优异,环境稳定性良好,原料廉价易得,合成方法简便导电高分子PANI不仅具有聚合物的大分子结构,同时也具有导体的导电性PANI只有掺杂后才表现出导电性,但普通无机酸掺杂PANI后由于链的强刚性以及分子链上带电荷导致的分子链间的强相互作用使它不溶不熔,极大地限制了它的应用1试验部分1.1a.晶纯试剂本征态聚苯胺(PANI-EB),自制。盐酸(HA)、硫酸(SA),北京化工厂生产。5-磺基水杨酸(SSA)、对甲苯磺酸(TSA),天津市福晨化学试剂厂生产。DBSA,上海晶纯试剂公司生产。N,N-二甲基甲酰胺(DMF),天津市富宇细化工有限公司生产。N-甲基吡咯烷酮(NMP),天津市博迪化工有限公司生产。天津市泰斯特仪器有限公司生产的电热真空干燥箱,杭州仪表电机有限公司生产的数显恒温磁力搅拌器,上海申生科技有限公司生产的恒温水浴锅,上海精密科学仪器有限公司生产的电子天平,杭州仪表电机有限公司生产的数显搅拌机,苏州电讯仪器厂生产的四探针数字式电阻,美国PerkinElmer公司生产的傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见光分光光度计,德国耐驰公司生产的热重分析仪。1.2pani-ha、pani-sa,pani-tsa,pani-dbsa的制备取2.0gPANI-EB,分别加入100mL浓度为1.0mol/L的HA溶液、SA溶液、SSA溶液、TSA溶液、DBSA溶液中,磁力搅拌12h,过滤5次,用去离子水洗涤5次,产物在60℃真空干燥24h,得到PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA、PANI-DBSA。1.3电导率的测量取0.25gPANI粉末,在20MPa的压力下压片3min,制得圆形薄片,采用四探针法测试PANI的电导率。1.4pani溶液的制备称取PANI粉末约0.4g,用98%浓硫酸为溶剂,制备250mL的PANI溶液。在25℃恒温水浴中恒温30min后,用乌氏黏度计测定其特性黏度。1.5pani的分离、干燥称取0.4gPANI粉末,分批加入到50mL有机溶剂(DMF或NMP)中,加热至60℃,保持恒温,并不断搅拌(3h),分离出未溶解的PANI,用去离子水洗涤5次,60℃真空干燥24h、称重。1.6紫外-可见光分析采用PerkinElmer公司Lambda900紫外-可见光光谱仪测试与表征PANI的紫外-可见光光谱,光谱范围为200~1000cm1.7红外光谱表征采用美国PerkinElmer公司16PCFTIR型傅里叶变换红外光谱仪测试与表征PANI的红外光谱,光谱范围为600~2000cm1.8热重分析采用德国耐驰公司生产的TG209热重分析仪,测试PANI的热稳定性,升温速率为10℃/min,温度范围为0~600℃。2结果与讨论2.1酸掺杂对pani电导率的影响表1所示为掺杂态PANI的特性黏度和电导率。由表1可知:(1)掺杂态PANI的特性黏度大小依次为PANI-HA>PANI-SA>PANI-TSA>PANI-SSA>PANI-DBSA。因为有机酸的阴离子体积较大,增加了PANI大分子链之间的距离,使PANI大分子链之间的相互作用力减小,因此有机酸掺杂PANI的特性黏度较小。(2)掺杂态PANI的电导率大小依次为PANI-DBSA>PANI-HA>PANI-SA>PANI-TSA>PANI-SSA。相同体积下,无机酸(HA和SA)在水溶液中更容易水解,溶液中的H2.2无机酸盐酸掺杂表2所示为PANI在DMF和NMP中的溶解性测试结果。由表2可知:与PANI-EB相比,PANI-TSA和PANI-DBSA的溶解率有明显提高,然而PANI-HA的溶解率却降低了。这是因为无机酸盐酸的分子极性较强,因此通过盐酸掺杂制得的PANI-HA分子链的极性也较强,大分子链间的相互作用力强,所以PANI-HA的溶解性较差;而有机酸TSA和DBSA分子链中同时含有非极性基团和极性基团,通过掺杂将TSA和DBSA的阴离子接枝到PANI-EB的支链上,起到增溶作用,因此PANI-TSA和PANI-DB-SA的溶解性较好。PANI在NMP中的溶解率均比在DMF中的高,这是因为有机溶剂NMP是中等极性溶剂,同时,PANI-TSA和PANI-DBSA也是中等极性,根据相似相溶原理,PANI-TSA和PANI-DBSA可以较好地溶解于NMP中。2.3pani的红外特性由图1可知:相对于PANI-EB的特征吸收峰,PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA的特征吸收峰向右侧移动,即向低频方向移动,出现红移现象。PANI的红外光谱特性如表3所示。由表3可知:经HA、SA、SSA、TSA和DBSA掺杂后,N=Q=N吸收峰向右侧移动,出现红移现象,红移量从大到小为:PANI-HA(57cm表3中,S2.4峰红移量分布图2所示为PANI的紫外-可见光吸收光谱图。PANI-EB经过HA、SA、SSA、TSA和DBSA掺杂,出现特征峰红移现象。其中,PANI-DBSA的红移量最大,PANI-EB在260nm处的吸收峰移至350nm处,红移量为90nm;480nm处的吸收峰移至690nm处,红移量为210mn。PANI-HA,PANI-SA、PANI-SSA和PANI-TSA的红移量相差不大,这与红外光谱分析结果基本一致。2.5温度对pani-eb稳定性的影响PANI的热失重曲线如图3~5所示。由图3可知:当温度较低时,PANI-EB的失重率较小,是因为PANI-EB中含有一定的水分;在温度大于462℃时,PANI-EB的质量发生明显变化,此时质量损失率达到12.2%。由图4和图5可知:相对于PANI-EB,PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA的热稳定性有所降低,尤其是PANI-HA和PANI-SA,因为HCl和H3掺杂聚羧酸掺杂pani的性能与表征(1)以PANI-EB为原料,分别以1.0mol/LHA、SA、SSA、TSA和DBSA为掺杂酸,采用掺杂法对PANI-EB进行掺杂,制备出PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA。(2)通过红外光谱分析、紫外-可见光光谱分析和热重分析对PANI-HA、PANI-SA、PANI-SSA、PANI-TSA和PANI-DBSA的结构与性能进行测试与表征,对比分析了掺杂态PANI的结构特点以及电导率、溶解性和热稳定性。结果表明:有机酸掺杂PANI的特性黏度比无机