[發明專利]一種水溶性導電聚苯胺的制備方法

無效

• 申請號: 201210058827.9
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102604087A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 張龍;王超
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明涉及一種水溶性導電聚苯胺的制備方法。

背景技術

聚苯胺的導電性和化學穩定性十分優異，所以它具備非常有發展的實際應用方面的潛力，也是被研究開發最為廣泛的一種導電高分子之一。但是聚苯胺的結構實在是特殊，所以導致聚苯胺難溶、不容易加工，同時也大大地阻礙了它的應用。所以聚苯胺的第一要解決的問題便是聚苯胺溶解性的問題。目前聚苯胺的制備方法歸納為化學氧化聚合法(通過這種方法制備的產品產率比較高，而且工藝流程比較簡單，適合工業化生產)、電化學聚合法(一般來說PANI的涂層的制備方法一般采用電化學法)、溶液聚合法(這種方法的優點是：產率較高，溶解性比較好)、微乳液聚合法(微乳液聚合體主要用于分子量比較低的聚苯胺的合成)。目前，聚苯胺的合成通常采用溶液聚合法，在苯胺/氧化劑/酸/水體系中進行，常用的介質酸是HCL，氧化劑是過硫酸銨(APS)，但是所得產品性能不佳，溶解性差，并且過程對環境的污染大，極大地限制了在實際過程中的應用。水溶性導電聚苯胺的制備方法如下：(1)在聚苯胺的N或苯環上引入親水性基團制備水溶性聚苯胺衍生物；(2)PAN的嵌段及接枝改性；(3)水乳液聚合法制備水溶性聚苯胺；(4)高分子酸模板法；(5)模板導向生物法；(6)水溶性有機酸摻雜法；(7)摻雜劑誘導增溶法等。目前，導電聚苯胺在普通有機溶劑中的穩定性能和溶解性能已經被解決[1]。但是由于有機溶劑對環境會造成很大的污染，價格一點也不便宜，大量的使用必然導致環境受到破壞。所以，開發新的水溶性聚苯胺顯得十分重要。(參考文獻：[1]匡汀等.聚苯胺溶解性研究[J].應用化工，2006，35(6).445-447.[2]Shoji?Ito，Kazuhiko?Murata等.Short?Communication?Simple?Synthesis?of?Water-soluble?Conducting?Polyaniline[J].Synthetic?Metals.96(1998)161-163.)

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術的不足，提供了一種水溶性導電聚苯胺的制備方法。其制備過程簡單、聚苯胺的導電性較好，并具有高溶解性。

一種水溶性導電聚苯胺的制備方法，步驟和條件如下：

(1)在帶有溫控、攪拌的反應裝置中，加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)單體，用水配制成AMPS單體質量濃度為35-45％的溶液；然后在過硫酸銨(APS)溶液的引發下進行聚合反應，AMPS與APS體積比為5-10，聚合反應溫度60-80℃，聚合反應時間1.0-5.0h；得到聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)溶液；

(2)取步驟(1)得到的PAMPS溶液作為聚合介質，溶液的質量濃度為10-70％；對苯胺(AN)進行溶液聚合，氧化劑是過硫酸銨(APS)，過硫酸銨與苯胺(AN)的摩爾比為0.2-0.6；聚合溫度為-5℃-10℃；聚合時間為4.0-6.0h；得到目標產物水溶性導電聚苯胺。

導電率的測定：本發明制備的水溶性導電聚苯胺，用SDY-4型四探針數字測試儀(廣州半導體研究所生產)，按如下公式測定導電率：

l/σ＝(V/I)×F(D/S)×W×F(W/S)×Fs_F

公式中D代表圓片直徑，W代表圓片厚度，S代表探針間距，F₂(D/S)代表圓片直徑修正因子，F(W/S)代表厚度修正因子，F_sp代表探針間距修正因子，V是電壓，I是電流。

溶解度按如下公式的計算：溶解度＝(a-b)/a×100％。

公式中a待測水溶性導電聚苯胺重量，b為待測水溶性導電聚苯胺經過溶劑溶解后的干重；

產率的測定按照下列公式計算：聚苯胺的產率＝(聚苯胺質量M₁/苯胺單體質量M₀)×100％

本發明制備的水溶性導電聚苯胺在有機溶劑二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亞砜(DMSO)及水中的溶解度分別為85.4％，88.2％和25％，導電率為5.6×10^-1s/cm；適用作水性聚苯胺產品的原料。

本發明制備的水溶性導電聚苯胺的結構用紅外光譜及掃描電鏡等分析儀器進行表征，如圖1和圖2，及圖3和圖4所示。