[发明专利]一种可溶性聚苯胺的合成方法

说明书

技术领域

一种可溶性聚苯胺的合成方法，属于导电高分子技术领域。

背景技术

聚苯胺(PANI)具有原料易得，价格低廉及独特的氧化还原性、催化性、质子交换性和光电转换性等特点，因此在许多领域都显示出了广泛的应用前景。但由于聚苯胺不溶于水，使它的应用受到了一定的限制。因此人们采取各种办法来提高它的可溶性及可加工性。目前，对聚苯胺的溶解性问题的研究已取得了很大的进展。解决的方法大概有以下几种：制备聚苯胺复合物、利用功能质子酸掺杂聚苯胺、制备聚苯胺衍生物或共聚态聚苯胺、制备聚苯胺胶体微粒、以表面活性剂为模板制得水溶性聚苯胺。据文献报道，刘家明等首先以聚苯乙烯磺酸(PSSA)为模板，FeCl₃为氧化剂合成了可溶于水的PSSA掺杂的PANI；此后Angelopoulos等人以过硫酸铵为氧化剂深入地研究了酸掺杂PANI水溶性聚合物的制备；而以血红蛋白生物酶为催化剂，以SDS为模板，以苯胺为单体亦可合成可溶性聚苯胺，该方法中起催化作用的为血红蛋白(Hb)中的Fe(II)。若以Fe(II)离子代替Hb作为催化剂，催化效率更高，并且降低实验成本，缩短反应时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种可溶性聚苯胺的合成方法。

本发明的技术方案：

一种可溶性聚苯胺的合成方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)以苯胺为单体，SDS为软模板，HCl为介质，在Fe²⁺和H₂O₂构成的Fenton体系中快速合成了可溶性聚苯胺。

(2)以SDS为模板，SDS最佳浓度为0.020mol/L。

(3)优化HCl最佳浓度为0.30mol/L。

(4)优化Fe(II)最佳浓度为1.6×10^-4mol/L。

(5)优化苯胺最佳浓度为0.011mol/L。

(6)优化H₂O₂最佳浓度为3.0×10^-4mol/L。

本发明以Fe(II)代替生物酶作为催化剂，催化效率更高，并且降低成本，缩短反应时间。以SDS为软模板，以过氧化氢为氧化剂，在HCl作为质子酸的条件下催化合成水溶性聚苯胺，并对聚合条件进行优化，可制得深绿色、稳定、透明的聚苯胺溶液。

具体实施方式

实施例1可溶性聚苯胺的合成

用吸量管依次移取一定量的HCl溶液、SDS溶液、苯胺溶液、FeSO₄溶液、H₂O₂溶液于25mL容量瓶中，用去离子水定容，摇匀。将其置于已调至一定温度的数显恒温水浴锅中，开始反应，计时。反应结束后，以去离子水为参比溶液，用紫外可见分光光度计测量产物的吸收光谱。

实施例2SDS浓度优化

在SDS胶束体系制得的可溶性聚苯胺于300～900nm的光谱区域有3个明显的特征吸收峰；320～360nm为苯环上的π-π^*迁移峰以及450nm附近、700～800nm间的两个质子迁移峰，表明SDS胶束体系中形成了高分子量的导电PANI。考查不同SDS浓度(0.02M，0.03M，0.04M，0.05M)对聚合的影响，随着SDS浓度的减小，吸光度逐渐增加，因此低浓度的SDS有利于产物的生成。但是SDS胶束在水溶液中的临界浓度约为8×10^-3mol/L，当SDS浓度低于其临界胶束浓度时，有绿色沉淀析出，故选择0.02mol/L为SDS的最佳浓度。

实施例3HCl浓度优化

在反应体系中，盐酸的作用如下：与单体形成盐酸苯胺；为聚合提供一个酸性环境；为聚苯胺提供掺杂剂；参与H₂O₂的氧化还原反应，使其电位值升高。当酸度太高时(高于2mol/L时)，聚苯胺的导电性、产率下降；过高酸度下，产物粘度降低，聚苯胺发生水解。也就是说，高酸度下，苯胺的聚合与聚苯胺的水解为竞争关系，聚苯胺的水解为主要反应，导致聚苯胺的分子量降低，粘度下降。考查不同HCl浓度(1.0M，0.30M，0.10M，0.030M，0.010M，0.0030M，0.0010M)对聚合的影响。当HCl浓度为0.30mol/L时产物吸光度有最大值，所以选择0.30mol/LHCl为最佳介质。

实施例4Fe(Ⅱ)浓度优化