苯胺的制备

苯胺的制备

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2023年2月15日发(作者：正负符号)

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聚苯胺的制备

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聚苯胺的制备

黄鹏PB10206252

中国科学技术大学高分子科学与工程系

230026

【摘要】

使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下用化学氧化聚合的方法合成了聚

苯胺。合成之后用2mol/L的盐酸对合成的聚苯胺进行了参杂，以使其具有较

好的导电性。随后聚苯胺放在培养皿中拿到烘箱中烘干。通过实验得到的关于

氧化聚合和导电性高分子材料的进一步认识。

【关键词】聚苯胺导电高分子质子酸掺杂

【前言】

聚苯胺是一种典型的导电性聚合物，具有优良的环境稳定性和高导电性，

且原料便宜，易于合成，因此成为具有商业应用前景的导电聚合物之一。目

前，聚苯胺的应用在二次电池、半导体器件和隐身材料等。齐永晓，赵玉增，

杨瑾妮.上海电力学院学报，2009，25，5，517-520.

从DeBerryW.发现聚苯胺对铁基金属具有保护作用以来，目前，大量实验

结果证明了聚苯胺涂料对铁基金属具有起阳极保护作用的防护能力。目前，开

发聚苯胺防腐涂料已成为高分子导电材料的应用和涂料研究开发领域的一个新

的热点。高焕方，刘通，王连杰.表面技术2006，35，4，13-20.

聚苯胺的结构如下图所示：

通常聚苯胺是其多样化结构的总称。与其他聚合物相比，聚苯胺具有：1）

结构多样化，实验发现不同的氧化-还原态的聚苯胺对应于不同的结构，其颜色

和导电率也相应发生变化；2）特殊的参杂机制，它是通过质子酸参杂而导电

的，参杂过程中聚苯胺链上的电子数目没有变化，聚苯胺的这种性能使得它在

防腐材料开发方面显示出极大的应用前景。

聚苯胺的聚合过程是一个氧化偶联的过程，其机理为一个链式聚合的机

理。。引发过程是一个苯胺分子失去两个电子和一个质子形成一个nitrenium

的过程。生成的nitrenium随即进攻一个苯胺分子的对为氢。链增长过程与引

发过程相似，也是首先端头的伯胺被氧化，随后生成的nitrenium进攻苯胺分

子的对位氢进行亲电取代。

因为每增长一个链节，聚合物端头的伯胺都要被氧化活化一次，所以该过

程称为“再活化链式聚合”。

聚苯胺的导电性来自其用质子酸参杂之后具有导电性的聚合物分子形式。

其结构并不是前面三图所示的样子。通过改变pH和电压等能够改变分子的形

式。

【实验步骤】

化学试剂：36%浓盐酸，苯胺，过硫酸铵。

仪器设备：150mL三口瓶，平衡滴液漏斗，电磁搅拌器，布氏漏斗，水

泵。仪器的洗涤和干燥：将三口瓶、配制过硫酸铵和盐酸的烧杯、滴液漏斗和

布氏漏斗用蒸馏水清洗干净。

配制2mol/L的盐酸：戴手套取25mL36%的浓盐酸加入100mL蒸馏水中，

混合均匀。得到2mol/L的盐酸。

配制2mol/L的过硫酸铵水溶液：用天平称取11.4g过硫酸铵晶体，轻轻搅

拌使其溶解于25mL蒸馏水中。

聚合反应：三口瓶中加入50mL2mol/L的盐酸，加入4.7g（4.6mL）苯胺，

在冰浴下搅拌十分钟。待温度降至5℃以下，用滴液漏斗慢慢滴加配制好的过

硫酸铵溶液。滴加速度为3s到5s一滴。始终在冰浴中保持温度低于5℃。

滴完之后，在冰浴中保持反应温度低于5℃，并用电磁搅拌，继续反应一

个小时。产物处理：抽滤得到的聚合产品，并用蒸馏水洗涤数次，再尽量抽

干。

参杂：将抽滤得到的聚合物转入剩下的盐酸中，用表面皿盖上，电磁搅拌

两个小时。随后抽滤并用蒸馏水稍微洗涤，抽干。产品转入培养皿中，在烘箱

中烘干得到最终产品。

【实验现象和思考】

实现现象记录：

开始时溶液体系为橙黄色

再次为淡黄色，边缘慢慢变为了墨绿色

颜色逐渐变成墨绿色，温度在2.30摄氏度

颜色变成了墨色，发紫

引发剂的滴加时间为15:53.

最后表面皿重35.0g，得到的产物为黑色

干燥以后是偏蓝色的颜色

干燥后表面皿和产物一起重40.9g。

从而产物有5.9g。

因为使用过硫酸铵引发聚苯胺聚合的反应时放热反应，所以在控制温度在

五摄氏度下的话就需要慢慢的滴加，加的太快会使得温度难以控制。最后的产

物在空气中是淡蓝色，可能是聚苯胺的链节中氧化部分的含量使得颜色变为了

淡蓝色。

实验过程中使用冰水和混合物保持反应的温度保持在五摄氏度一下。用化

学氧化聚合的方法能够轻易制备聚苯胺。得到的产品为绿色细小的粉末。简单

的用质子酸参杂之后的聚苯胺即具有导电性能。化学氧化聚合制备聚苯胺过程

中要注意保持温度在5℃以下，使得反应平稳可控进行，并得到质量较好的产

品。

电子导体应具有怎样的结构？为了使其能够导电，还需要采取怎样的措

施？

（1）电子导体应该具有十分长链的共轭结构，使得电子能够在很大范围内

较为自由的流动。

（2）为了使其能够导电，还需要电子导体进行参杂，从而改变共轭主链形

式变成能够导电的形式。

Preparationofpolyanilineconductivematerial

PengHuangPB10206252

PolymerScienceandEngineering,UniversityofScienceand

TechnologyofChina

230026

【Abstract】

Usingammoniumpersulfateastheoxidant,thepolyanilinewas

synthesizedusingthemethodofchemicaloxidativepolymerization

ynthesiswith2mol/Lhydrochloric

acidandthesynthesizedpolyanilineweremixed,soastohavegood

uentlypolyanilinegetdriedinan

runderstandingoftheoxidative

polymerization,andaconductivepolymermaterialobtainedbyan

experimenton.

【Keywords】protonaciddopedpolyanilineconductivepolymer