一种可溶性聚苯胺的合成方法
【技术领域】
[0001]—种可溶性聚苯胺的合成方法，属于导电高分子技术领域。
【背景技术】
[0002]聚苯胺(PANI)具有原料易得，价格低廉及独特的氧化还原性、催化性、质子交换性和光电转换性等特点，因此在许多领域都显示出了广泛的应用前景。但由于聚苯胺不溶于水，使它的应用受到了一定的限制。因此人们采取各种办法来提高它的可溶性及可加工性。目前，对聚苯胺的溶解性问题的研究已取得了很大的进展。解决的方法大概有以下几种:制备聚苯胺复合物、利用功能质子酸掺杂聚苯胺、制备聚苯胺衍生物或共聚态聚苯胺、制备聚苯胺胶体微粒、以表面活性剂为模板制得水溶性聚苯胺。据文献报道，刘家明等首先以聚苯乙烯磺酸(PSSA)为模板，FeCl3为氧化剂合成了可溶于水的PSSA掺杂的PANI ;此后Angelopoulos等人以过硫酸铵为氧化剂深入地研究了酸掺杂PANI水溶性聚合物的制备；而以血红蛋白生物酶为催化剂，以SDS为模板，以苯胺为单体亦可合成可溶性聚苯胺，该方法中起催化作用的为血红蛋白(Hb)中的Fe(II)。若以Fe(II)离子代替Hb作为催化剂，催化效率更高，并且降低实验成本，缩短反应时间。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可溶性聚苯胺的合成方法。
[0004]本发明的技术方案:
[0005]—种可溶性聚苯胺的合成方法，其特征在于包括如下步骤:
[0006](I)以苯胺为单体，SDS为软模板，HCl为介质，在Fe2+和H 202构成的Fenton体系中快速合成了可溶性聚苯胺。
[0007](2)以SDS为模板，SDS最佳浓度为0.020mol/L。
[0008](3)优化 HCl 最佳浓度为 0.30mol/Lo
[0009](4)优化 Fe (II)最佳浓度为 1.6 X 10 4mol/L。
[0010](5)优化苯胺最佳浓度为0.0llmol/Lo
[0011](6)优化 H2O2最佳浓度为 3.0X 10 4mol/L。
[0012]本发明以Fe (II)代替生物酶作为催化剂，催化效率更高，并且降低成本，缩短反应时间。以SDS为软模板，以过氧化氢为氧化剂，在HCl作为质子酸的条件下催化合成水溶性聚苯胺，并对聚合条件进行优化，可制得深绿色、稳定、透明的聚苯胺溶液。
【具体实施方式】
[0013]实施例1可溶性聚苯胺的合成
[0014]用吸量管依次移取一定量的HCl溶液、SDS溶液、苯胺溶液、FeSO4溶液、H 202溶液于25mL容量瓶中，用去离子水定容，摇匀。将其置于已调至一定温度的数显恒温水浴锅中，开始反应，计时。反应结束后，以去离子水为参比溶液，用紫外可见分光光度计测量产物的吸收光谱。
[0015]实施例2SDS浓度优化
[0016]在SDS胶束体系制得的可溶性聚苯胺于300?900nm的光谱区域有3个明显的特征吸收峰；320?360nm为苯环上的π - jt *迀移峰以及450nm附近、700?800nm间的两个质子迀移峰，表明SDS胶束体系中形成了高分子量的导电PANI。考查不同SDS浓度(0.02M，0.03M，0.04M，0.05M)对聚合的影响，随着SDS浓度的减小，吸光度逐渐增加，因此低浓度的SDS有利于产物的生成。但是SDS胶束在水溶液中的临界浓度约为8 X 10 3mol/L,当SDS浓度低于其临界胶束浓度时，有绿色沉淀析出，故选择0.02mol/L为SDS的最佳浓度。
[0017]实施例3HC1浓度优化
[0018]在反应体系中，盐酸的作用如下:与单体形成盐酸苯胺；为聚合提供一个酸性环境；为聚苯胺提供掺杂剂；参与H2O2的氧化还原反应，使其电位值升高。当酸度太高时(高于2mol/L时)，聚苯胺的导电性、产率下降；过高酸度下，产物粘度降低，聚苯胺发生水解。也就是说，高酸度下，苯胺的聚合与聚苯胺的水解为竞争关系，聚苯胺的水解为主要反应，导致聚苯胺的分子量降低，粘度下降。考查不同HCl浓度(1.0M，0.30M，0.10M，0.030M，0.ΟΙΟΜ,Ο.0030Μ，0.0010Μ)对聚合的影响。当HCl浓度为0.30mol/L时产物吸光度有最大值，所以选择0.30mol/L HCl为最佳介质。
[0019]实施例4Fe( II )浓度优化
[0020]将由Fe2YH2Ogl成的试剂称为Fenton试剂，使用Fenton试剂的反应称为Fenton反应。在Fenton反应中，H2O2在Fe 2+的催化作用下生成具有高反应活性的轻基自由基(.0H) [12]，羟基自由基氧化苯胺生成聚苯胺。考查了不同Fe( II )浓度(0.04mM，0.08mM，0.12mM，0.16mM，0.2mM)对产物吸光度的影响。结果表明，不加Fe(II)催化剂时反应也可以进行，但反应缓慢，产物为黄色溶液，12h后所得产物于约550nm处有一强吸收峰，而在720nm基本没有吸收。在此区域有强吸收峰的PANI通常是不导电的，说明在水相体系中形成了低分子量绝缘PANI。当催化剂用量少时，反应产物较少，吸光度小；当催化剂用量从4.0X10 5mol/L增加到8.0X 10 5mol/L时，吸光度急剧增加，反应转化率增加；用量继续增大到1.6X10 4mol/L时，反应转化率趋于最大值；当催化剂用量继续增加时，吸光度反而下降，这可能是过量的Fe (II)与过氧化氢形成过多的羟基自由基导致聚苯胺部分降解。故选择1.6X 10 4mol/L为最佳催化剂用量。
[0021]实施例5苯胺浓度优化
[0022]考察了不同苯胺浓度(2.2mM，4.5mM，6.7mM，9.0mM，llmM，13Mm，16mM)对聚合产物吸光度的影响。结果表明，随着苯胺浓度的增大，吸收随之增强，当苯胺浓度在0.011mol/L时吸收趋于稳定，故选择苯胺浓度为0.011mol/Lo
[0023]实施例6!1202浓度优化
[0024]在其它条件固定时，考察了不同H2O2浓度(0.1mM,0.3mM，0.5mM)对产物吸光度的影响。结果表明，随着H2O2浓度增加，产物吸光度增加；但当H2O2浓度大于3.0X 10 4mol/L时，产物吸光度反而略有下降，这可能是因为H2O2用量太多时，部分H2O2自行分解，导致利用率降低。故选择H2O2浓度为3.0X 10 4mol/L0在该条件下得到的产物为性能稳定的深绿色透明溶液，于720nm处有最大吸收。
【主权项】
1.一种可溶性聚苯胺的合成方法，其特征在于:以苯胺为单体，SDS为软模板，HCl为介质，在Fe2+和H2O2构成的Fenton体系中快速合成了可溶性聚苯胺。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于SDS为模板，SDS最佳浓度为0.020mol/Lo3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于HCl最佳浓度为0.30mol/Lo4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于Fe(II)最佳浓度为1.6X 10 4mol/L。5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于苯胺最佳浓度为0.0llmol/Lo6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于H202最佳浓度3.0X 10 4mol/Lo
【专利摘要】一种可溶性聚苯胺的合成方法，本发明以苯胺为单体，以SDS(十二烷基硫酸钠)为软模板，Fe(II)为催化剂，H2O2为氧化剂，在HCl介质中快速合成水溶性聚苯胺，其特征是SDS可以作为Fe(II)催化合成水溶性聚苯胺的软模板。在SDS浓度为0.02mol/L、HCl浓度为0.30mol/L、Fe(II)浓度为1.6×10-4mol/L、苯胺浓度为0.011mol/L、H2O2浓度3.0×10-4mol/L时，在60℃下反应45min，可制得深绿色、稳定、透明的聚苯胺溶液。
【IPC分类】C08G73/02
【公开号】CN105037719
【申请号】CN201510558045
【发明人】张佳瑜
【申请人】江南大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月2日