有机溶剂对聚苯胺聚合反应的影响

摘要

苯胺在水溶液中聚合时，加入DMF、DMSO、THF等不同有机溶剂。研究了有机溶剂对聚苯胺聚合反应电导率和元素分析的影响。通过FTIR和UV-Vis光谱对这些研究进行了研究，证明了有机溶剂的使用有助于提高所得PANI的掺杂水平。当四氢呋喃作为聚苯胺的溶剂时，聚合速度加快

关键字

聚苯胺，有机溶剂，电导率，元素分析。

简介

聚苯胺(图1)，于1834年首次由苯胺化学氧化制得苯胺黑，自那以后一直是研究的重点。[1］．二十年后，电化学合成聚苯胺被letheby [2］．

1878年，涅茨基[3.用苯胺黑作为染料给棉纤维染色。随着导电聚合物的出现，人们对聚苯胺产生了新的兴趣，在20世纪80年代，人们认识到聚苯胺的导电性能，研究这种聚合物的文章数量迅速增长[[1，4-7］．对聚苯胺的处理兴趣源于其独特的化学结构和性能，此外，其稳定性、易于合成和生产成本低，使其具有商业吸引力[8-10］．聚苯胺的主要缺点是在一般有机溶剂中不溶性和不渗透性。近年来，通过合成聚合物共混物和复合材料，在导电聚合物的可加工性方面取得了相当大的进展[11，12]，以及可溶性聚苯胺衍生物及共聚物[13，14］．然而，人们发现它们的导电性比聚苯胺低，尽管它们更容易溶解。本文以四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)为有机溶剂，研究了有机溶剂对聚苯胺聚合反应的影响。利用FTIR、UV-Vis光谱、电导率测量和元素分析研究了这些有机溶剂对聚苯胺的影响。

试剂

在这项工作中使用了不同的材料，如:苯胺(ANI) (ADWIC，埃及)，过硫酸铵(APS) (WINLAB，英国)，盐酸(HCl 32%)，四氢呋喃(THF)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)。所有这些材料都是原样使用，没有进一步提纯。

描述

用KBr球团FTIR- 8201 PC (SHIMADZU)仪记录FTIR光谱，用分光光度计(UV-1601 SHIMADZU)记录UV-Vis吸收光谱。室温下用电导率仪(CM-30V)测定电导率，用ea1110元素分析仪进行C、H、N分析。

过程

聚苯胺的合成

取0.47g(0.1M)苯胺溶于盐酸溶液(1M)中。然后在搅拌下将有机溶剂倒入上述溶液中。5min后，滴加50ml盐酸溶液(1M)中溶解的0.1M硫酸铵(APS)，引起苯胺聚合，室温搅拌8h，过滤收集沉淀。用蒸馏水和乙醇连续洗涤后，室温真空干燥48h。不同体积的有机溶剂对聚苯胺的加入量表1．

无花果(3 - 5)分别加入8ml DMF、DMSO和THF得到的PANI的FTIR光谱。1561 cm处的光谱^－1分别归属于醌类和苯类环的C=C拉伸。在1294 cm处观测到的光谱^－1与苯并环的C-N拉伸振动有关。在800厘米内落下的带子^－1与1,4-二取代环中C-H键的平面外弯曲相一致。峰顶1111cm^－1表示C-H芳香族平面内弯曲，常与掺杂结构有关。峰顶在1111厘米处^－1红色移动到大约1021厘米^－1当系统中加入8ml DMSO时。但是，过多的有机溶剂的加入导致了峰数与常规方法得到的PANI的波数相同，这意味着适当的有机溶剂的使用有助于提高所得PANI的掺杂水平。

加入有机溶剂PANI的紫外-可见光谱:在320 nm和604 nm处分别有典型的吸收峰图7．

320 nm处的峰源于苯段内的π-π*电子跃迁，604nm处的峰与极化子的掺杂水平和形成有关。紫外可见。分别加入不同体积的DMF、DMSO和THF得到的PANI光谱表示为无花果(7 - 9)．

无花果。7 (9)在对样品紫外-可见吸收进行定量分析的基础上，我们发现在1ml DMF、DMSO和THF存在下合成的PANI存在缺陷无花果(7)，8(一个)9a)吸收峰分别为320,604- 324,607- 327,605。哪个比不添加有机溶剂的样品好一点图7．在反应体系中加入THF导致相应PANI分散性最差。这可能是因为PANI越均匀，分散性就越好。另一方面，在其他溶剂中，THF与PANI的相互作用最强。例如改变THF的体积，我们发现添加5、8和10ml THF都导致PANI在水中分散性差。我们认为适当使用THF有助于PANI在水中的分散性，因为THF与PANI有较弱的h键相互作用，并且可以部分溶解在水中。然而，当更多的THF加入到反应体系中时，THF与PANI之间的相互作用变得更强。

电导率的测量

样品的导电性主要表现在微观导电性和宏观导电性两个方面。微观电导率取决于掺杂水平、共轭长度和链长，而宏观电导率则与一些外部因素有关，如样品的致密性[15］．

从表2，可以确定在存在1 ml THF、DMSO和DMF时合成的样品具有相对较高的电导率值，分别为0.012、0.019和0.025 S/m，而不存在有机溶剂时体系的电导率为0.026 S/m。此外，我们还观察到在反应溶液中加入过多的溶剂会导致电导率的降低。相反，四氢呋喃与水的相互作用减弱，水分散性较差。

元素分析

为了了解聚合物的组成，进行了元素分析。表3给出了用不同体积溶剂制备聚苯胺的元素组成值。不同体积四氢呋喃聚苯胺的C、N、H含量均相对高于无溶剂聚苯胺和其他溶剂聚苯胺，这可能是由于四氢呋喃作为溶剂时聚合速率较高所致。

结论

苯胺在水溶液中聚合时，在反应体系中加入DMSO、DMF、THF等不同有机溶剂。反应溶液中溶剂的过量加入会导致电导率的降低。不同体积THF聚苯胺的C、N、H含量均相对高于无溶剂和其他溶剂聚苯胺的C、N、H含量，这可能是由于以THF为溶剂时聚合速度较快。FTIR光谱证明了有机溶剂的使用有助于得到的PANI的掺杂水平的提高，UV-Vis光谱表明，反应体系中加入的THF越多，THF与PANI之间的相互作用越强。我们得出结论，在其他溶剂中，四氢呋喃是合成聚苯胺的最佳溶剂，但总的来说，聚苯胺的溶解度可以通过一个烷基、一个烷氧基、一个芳基羟基、一个氨基或苯胺环中的卤素取代一个或多个氢来改变[16-19］．

参考文献

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