一种导电聚苯胺的合成方法

摘要

本发明属于导电聚苯胺合成领域，具体涉及一种导电聚苯胺的合成方法，其包括如下步骤：a.苯胺混合溶液制备：在易溶于水的醇类或聚合物溶液中，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加；b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸，并同时搅拌，磷钨酸的质量为已加入苯胺质量的80％至110％，搅拌结束后静置反应10h以上，溶液中有絮状物；c.离心分离：将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤。d.洗涤干燥：将步骤c中的滤饼归集后，依次用乙醇溶液及蒸馏水洗涤，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末。本发明方法生产聚苯胺的电导率在0.5S/cm至2.1S/cm之间，有较好的导电性；该方法不需要额外消耗电能且产品分离简单，节能环保。

权利要求

1.一种导电聚苯胺的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.苯胺混合溶液制备：在质量分数5％至30％的易溶于水的醇类溶液或质量分数5％至

20％的易溶于水的聚合物溶液中，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加，溶液温度保持在10至15℃；

b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸，并同时搅拌至少30min,溶液颜色先转变为绿色，随后逐渐加深，最终变为墨绿色，磷钨酸的质量为已加入苯胺质量的80％至110％，聚合反应过程中溶液温度控制在10℃以下，搅拌结束后静置反应10h以上，溶液中有絮状物；

c.离心分离：将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤，分别收集墨绿色滤饼和浅绿色滤液，将浅绿色滤液进行减压蒸馏至溶液变为深绿色，再次过滤得绿色滤饼和接近无色滤液；

d.洗涤干燥：将步骤c中的墨绿色及绿色滤饼归集后，依次用质量分数5％至10％的乙醇及蒸馏水洗涤，多次重复上述洗涤过程，至最终洗涤液为无色，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末。

2.根据权利要求1所述的一种导电聚苯胺的合成方法，其特征在于，步骤a中所述的易溶于水的醇类为甲醇或乙醇。

3.根据权利要求1所述的一种导电聚苯胺的合成方法，其特征在于，步骤a中所述的易溶于水的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求3所述的一种导电聚苯胺的合成方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯酮的分子量为5000至10000，所述聚丙烯酰胺的分子量为200万至300万。

5.根据权利要求1所述的一种导电聚苯胺的合成方法，其特征在于，所述步骤b中磷钨酸的质量为已加入苯胺质量的85％，聚合反应温度控制在0至5℃，静置反应时间为15h。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种导电聚苯胺的合成方法，其特征在于，所述步骤b中加入磷钨酸的同时加入与其同等质量的氧化剂过硫酸铵。

说明书

一种导电聚苯胺的合成方法

技术领域

[0001] 本发明属于导电聚苯胺的合成领域，具体涉及一种导电聚苯胺的合成方法。

背景技术

[0002] 聚苯胺的结构和物理化学性能强烈地依赖于合成方法和条件，本征态的聚苯胺不导电，需要使用氧化或掺杂的方法使其具备导电性。一系列合成和掺杂的新方法，例如在磁场下的电化学聚合和化学掺杂、乳液萃取聚合和现场掺杂聚合等，已经用来制备具有新的物理化学性能的导电聚苯胺。现有的合成方法均有各自的缺陷，比如乳液聚合方法，产物分离析出过程繁杂，需加入破乳剂或凝聚剂，助剂品种多、用量大，产物中残留杂质多，洗涤用水量大且不易洗净等；比如电化学合成方法，生产时易出现电流或电压不稳定造成产品性能有较大变化，且生产耗能较大，不环保。本发明通过使用同时具备强氧化性和较强酸性的杂多酸磷钨酸制备导电聚苯胺，其制备方法相较于乳液聚合或电化学聚合等更加简单清洁和环保。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种导电聚苯胺的合成方法，该方法针对乳液聚合及电化学合成等导电聚苯胺生产工艺的不足，提出一种利用氧化性杂多酸生产导电聚苯胺的方法。

[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种导电聚苯胺的合成方法，包括如下步骤：a.苯胺混合溶液制备：在质量分数5％至30％的易溶于水的醇类溶液或质量分数5％至20％的易溶于水的聚合物溶液中，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加，溶液温度保持在10至15℃；b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸，并同时搅拌至少30min,溶液颜色先转变为绿色，随后逐渐加深，最终变为墨绿色，磷钨酸的质量为已加入苯胺质量的80％至110％，聚合反应过程中溶液温度控制在10℃以下，搅拌结束后静置反应10h以上，溶液中有絮状物；c.离心分离：将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤，分别收集墨绿色滤饼和浅绿色滤液，将浅绿色滤液进行减压蒸馏至溶液变为深绿色，再次过滤得绿色滤饼和接近无色滤液。d.洗涤干燥：将步骤c中的黑绿色及绿色滤饼归集后，依次用质量分数5％至10％的乙醇及蒸馏水洗涤，多次重复上述洗涤过程，至最终洗涤液为无色，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末。

[0005] 本发明的有益效果是：本发明方法生产聚苯胺的电导率在0.5S/cm至2.1S/cm之间，有较好的导电性；该方法相对于乳液聚合方法的优点在于不需要大量使用乳化剂、不需要耗费大量水资源洗涤产物上的乳化剂，相对于电化学方法的优点在于，不需要额外消耗电能，仅利用化学物质本身的反应特性，节能环保。

[0006] 进一步，步骤a中所述的易溶于水的醇类为甲醇或乙醇。使用甲醇或者乙醇可增大苯胺在水溶液中的溶解度，增大反应物的量可增加最终聚苯胺的产量。

[0007] 进一步，步骤a中所述的易溶于水的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺。使用易溶于水的聚合物聚乙烯吡咯烷酮，不仅可以增大苯胺的溶解度，同时在聚合反应时，可起稳定作用，这些可溶高聚物可阻止聚苯胺的沉积，使聚合反应在溶液中顺利进行，生成的导电聚苯胺分子量较高。

[0008] 进一步，所述聚乙烯吡咯酮的分子量为5000至10000，所述聚丙烯酰胺的分子量为200万至300万。上述分子量范围的高聚物在水中有较好的溶解性，有较好的稳定作用。

[0009] 进一步，所述步骤b中磷钨酸的质量为已加入苯胺质量的85％，聚合反应温度控制在0至5℃，静置反应时间为15h。采用上述工艺参数生产得到聚苯胺，其导电能力较强，电导率可达2.1S/cm。

[0010] 进一步，所述步骤b中加入磷钨酸的同时加入与其同等质量的氧化剂过硫酸铵。加入常规氧化剂过硫酸铵，可有效加快导电聚苯铵的生成速度。

具体实施方式

[0011] 以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0012] 实施例1

[0013] 一种导电聚苯胺的合成方法，包括如下步骤：a.苯胺混合溶液制备：配制质量分数5％的乙醇溶液150ml，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加，此时共滴加的苯胺的体积为4.78ml，相应质量为4.88g，溶液温度保持在10至15℃；b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸(分析纯)，并同时搅拌60min,溶液颜色先转变为绿色，随后逐渐加深，最终变为墨绿色，磷钨酸的质量为3.9g(为苯胺质量的80％)，聚合反应过程中溶液温度控制在5至10℃，搅拌结束后静置反应13h，溶液中有絮状物；c.离心分离：将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤，分别收集墨绿色滤饼和浅绿色滤液，将浅绿色滤液进行减压蒸馏至溶液变为深绿色，再次过滤得绿色滤饼和接近无色滤液。d.洗涤干燥：将步骤c中的墨绿色及绿色滤饼归集后，先用质量分数5％乙醇洗涤，之后用蒸馏水洗涤，重复上述洗涤过程三次，至最终洗涤液为无色，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末，其质量为3.65g。

[0014] 经检测上述方法制得的导电聚苯胺的电导率为1.2S/cm。

[0015] 实施例2

[0016] 一种导电聚苯胺的合成方法，包括如下步骤：a.苯胺混合溶液制备：配制质量分数30％的聚溶液150ml，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加，此时共滴加苯胺的体积为11.20ml，其相应质量为11.42g,溶液温度保持在10至15℃；b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸，并同时搅拌50min,溶液颜色先转变为绿色，随后逐渐加深，最终变为墨绿色，磷钨酸的质量为9.71g(苯胺质量的85％)，聚合反应过程中溶液温度控制在0至5℃，搅拌结束后静置反应15h，溶液中有絮状物；c.离心分离：将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤，分别收集墨绿色滤饼和浅绿色滤液，将浅绿色滤液进行减压蒸馏至溶液变为深绿色，再次过滤得绿色滤饼和接近无色滤液。d.洗涤干燥：将步骤c中的墨绿色及绿色滤饼归集后，依次用质量分数10％的乙醇及蒸馏水洗涤，重复上述洗涤过程三次，至最终洗涤液为无色，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末，其质量为
9.14g。

[0017] 经检测上述方法制得的导电聚苯胺的电导率为2.1S/cm。

[0018] 实施例3

[0019] 一种导电聚苯胺的合成方法，包括如下步骤：a.苯胺混合溶液制备：配制质量分数20％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液200ml，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加，此时共滴加苯胺的体积为15.35ml，其相应质量为15.66g,溶液温度保持在10至15℃；b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸，并同时搅拌45min,溶液颜色先转变为绿色，随后逐渐加深，最终变为墨绿色，磷钨酸的质量为15.66g(苯胺质量的100％)，聚合反应过程中溶液温度控制在5至10℃，搅拌结束后静置反应12h，溶液中有絮状物；c.离心分离：
将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤，分别收集墨绿色滤饼和浅绿色滤液，将浅绿色滤液进行减压蒸馏至溶液变为深绿色，再次过滤得绿色滤饼和接近无色滤液。d.洗涤干燥：将步骤c中的墨绿色及绿色滤饼归集后，依次用质量分数10％的乙醇及蒸馏水洗涤，重复上述洗涤过程三次，至最终洗涤液为无色，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末，其质量为13.31g。

[0020] 经检测上述方法制得的导电聚苯胺的电导率为1.7S/cm。

[0021] 实施例4

[0022] 一种导电聚苯胺的合成方法，包括如下步骤：a.苯胺混合溶液制备：配制质量分数5％的乙醇溶液200ml，滴加苯胺并不断搅拌，至溶液出现浑浊时停止滴加，此时共滴加苯胺的体积为10.81ml，其相应质量为11.02g,溶液温度保持在10至15℃；b.聚苯胺的合成：向步骤a中的混合溶液中加入磷钨酸及过硫酸铵，并同时搅拌30min,溶液颜色先转变为绿色，随后逐渐加深，最终变为墨绿色，磷钨酸的质量为12.12g(苯胺质量的110％)，过硫酸铵的质量为12.12g，聚合反应过程中溶液温度控制在5至10℃，搅拌结束后静置反应10h，溶液中有絮状物；c.离心分离：将步骤b中静置反应后的溶液经离心过滤机过滤，分别收集墨绿色滤饼和浅绿色滤液，将浅绿色滤液进行减压蒸馏至溶液变为深绿色，再次过滤得绿色滤饼和接近无色滤液。d.洗涤干燥：将步骤c中的墨绿色及绿色滤饼归集后，依次用质量分数10％的乙醇及蒸馏水洗涤，重复上述洗涤过程三次，至最终洗涤液为无色，真空干燥洗涤干净的滤饼，得到墨绿色粉末，其质量为9.14g。

[0023] 经检测上述方法制得的导电聚苯胺的电导率为0.5S/cm。

[0024] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。