高溶解性导电聚苯胺的合成制备

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摘要：本文以过硫酸铵为氧化剂，樟脑磺酸（CSA）、十二烷基苯磺酸（DBSA）、对氨基苯磺酸（ABSA）、磺基水杨酸（SSA）四种有机酸为掺杂剂制备掺杂态聚苯胺。研究了溶剂和有机酸种类对聚苯胺溶解性影响。结果表明，掺杂态聚苯胺在N-甲基吡咯烷酮中溶解性最佳，通过对聚苯胺溶解性和导电性分析以樟脑磺酸作为掺杂剂制备的聚苯胺具有最佳溶解性和导电性，在N-甲基吡咯烷酮中溶解率达到30.5%，电导率为2.59S/cm。

关键词：有机酸；聚苯胺；掺杂；溶解性；导电率

自20世纪80年代人类合成了最早的导电聚合物以来，导电聚合物的合成制备引起越来越多人的不懈研究，其中由于导电聚苯胺具有独特的结构、掺杂机制和物理化学性能，成为国内外专家研究的重点[1]。近几年针对聚苯胺的性能研究主要集中于溶解性、导电性、防腐性和电磁性等方面[2]。由于聚苯胺独特的结构造成了其难溶难熔的特点，本文采用有机酸掺杂聚苯胺以期改善聚苯胺溶解性，同时不影响其优异导电性能。

1 实验

1.1 实验原料

苯胺（减压蒸馏2次），过硫酸铵，樟脑磺酸，十二烷基苯磺酸，对氨基苯磺酸，磺基水杨酸，N-甲基吡咯烷酮，四氢呋喃，二甲基亚砜，二甲苯。

1.2 实验方法

1） 将有机酸配制成1mol/L的酸溶液；

2） 取一定量的苯胺单体加入三口瓶，加入有机酸溶液，搅拌均匀；

3） 滴加1mol/L的过硫酸铵酸溶液，滴加30min，继续反应6h，过滤、洗涤、干燥。

1.3 性能测试

1） 溶解率测定

称取一定量的掺杂态聚苯胺m1，加入到50ml的溶剂中，加热到50℃搅拌1h，过滤，分出不溶物，干燥，称重m2。其溶解率为：

溶解率=×100%

2）电导率测定

将适量掺杂态聚苯胺在15MPa压力下压成直径13cm的圆片，采用直流四探针法测量。

2 结果与讨论

2.1 不同溶剂对聚苯胺溶解性的影响

取2g十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺溶于50ml不同的有机溶剂中，测试其溶剂性，如表1。

由表1可知，十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺在NMP中溶解率最好，而在二甲苯中几乎不溶解。这是因为根据相似相溶原理，只有当聚苯胺的氢键与溶剂的氢键程度相近时，才能发生互溶。NMP与掺杂态聚苯胺极性相近，所以掺杂态聚苯胺在NMP中溶解率最大，而DMSO为强极性溶剂，有较大倾向生成氢键，故聚苯胺在DMSO中溶解率较大，二甲苯生成氢键的倾向最小，故聚苯胺在二甲苯中溶解率最低[3]。

2.2 不同有机酸掺杂对聚苯胺溶解率和导电性影响

将苯胺单体与有机酸按摩尔比为1：1，固定过硫酸铵用量和有机酸浓度，以N-甲基吡咯烷酮作为有机溶剂，通过改变有机酸种类研究有机酸种类对聚苯胺溶解性和电导率的影响。

由表2可知，樟脑磺酸掺杂的聚苯胺具有最佳溶解性和导电性。这是因为樟脑磺酸作为大分子质子酸具有表面活性剂作用，掺杂到聚苯胺中能有效地改善其溶解性，樟脑磺酸的功能团能与NMP有机基团相似，产生相似相溶作用，而且大分子樟脑磺酸掺杂到聚苯胺中，有利于电荷离域化，提高聚苯胺的导电率。

3 结论

1） 采用有机酸掺杂的聚苯胺在N-甲基吡咯烷酮中具有最佳溶解性。

2） 樟脑磺酸掺杂的聚苯胺具有最佳溶解性和导电性，在N-甲基吡咯烷酮中溶解率达到30.5%，电导率达到2.59S/cm。

参考文献：

[1]关荣峰，王杏，田大垒，等. 有机酸掺杂聚苯胺的制备及其结构分析[J]. 化工进展. 2009，28（11）：1978～1981.

[2]唐英，张进，李维一，等. 导电聚苯胺的研究进展[J].西南民族大学学报. 2003，29（5）：545～547.

[3] 郑剑锋，赵江红，朱珍平，等.掺杂酸和氧化剂的浓度对聚苯胺纳米线导电性的影响[J].材料导报，2009，23（3）：16-20.