[发明专利]一种水溶性导电聚苯胺的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性导电聚苯胺的制备方法。

背景技术

聚苯胺的导电性和化学稳定性十分优异，所以它具备非常有发展的实际应用方面的潜力，也是被研究开发最为广泛的一种导电高分子之一。但是聚苯胺的结构实在是特殊，所以导致聚苯胺难溶、不容易加工，同时也大大地阻碍了它的应用。所以聚苯胺的第一要解决的问题便是聚苯胺溶解性的问题。目前聚苯胺的制备方法归纳为化学氧化聚合法(通过这种方法制备的产品产率比较高，而且工艺流程比较简单，适合工业化生产)、电化学聚合法(一般来说PANI的涂层的制备方法一般采用电化学法)、溶液聚合法(这种方法的优点是：产率较高，溶解性比较好)、微乳液聚合法(微乳液聚合体主要用于分子量比较低的聚苯胺的合成)。目前，聚苯胺的合成通常采用溶液聚合法，在苯胺/氧化剂/酸/水体系中进行，常用的介质酸是HCL，氧化剂是过硫酸铵(APS)，但是所得产品性能不佳，溶解性差，并且过程对环境的污染大，极大地限制了在实际过程中的应用。水溶性导电聚苯胺的制备方法如下：(1)在聚苯胺的N或苯环上引入亲水性基团制备水溶性聚苯胺衍生物；(2)PAN的嵌段及接枝改性；(3)水乳液聚合法制备水溶性聚苯胺；(4)高分子酸模板法；(5)模板导向生物法；(6)水溶性有机酸掺杂法；(7)掺杂剂诱导增溶法等。目前，导电聚苯胺在普通有机溶剂中的稳定性能和溶解性能已经被解决[1]。但是由于有机溶剂对环境会造成很大的污染，价格一点也不便宜，大量的使用必然导致环境受到破坏。所以，开发新的水溶性聚苯胺显得十分重要。(参考文献：[1]匡汀等.聚苯胺溶解性研究[J].应用化工，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.)

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种水溶性导电聚苯胺的制备方法。其制备过程简单、聚苯胺的导电性较好，并具有高溶解性。

一种水溶性导电聚苯胺的制备方法，步骤和条件如下：

(1)在带有温控、搅拌的反应装置中，加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体，用水配制成AMPS单体质量浓度为35-45％的溶液；然后在过硫酸铵(APS)溶液的引发下进行聚合反应，AMPS与APS体积比为5-10，聚合反应温度60-80℃，聚合反应时间1.0-5.0h；得到聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)溶液；

(2)取步骤(1)得到的PAMPS溶液作为聚合介质，溶液的质量浓度为10-70％；对苯胺(AN)进行溶液聚合，氧化剂是过硫酸铵(APS)，过硫酸铵与苯胺(AN)的摩尔比为0.2-0.6；聚合温度为-5℃-10℃；聚合时间为4.0-6.0h；得到目标产物水溶性导电聚苯胺。

导电率的测定：本发明制备的水溶性导电聚苯胺，用SDY-4型四探针数字测试仪(广州半导体研究所生产)，按如下公式测定导电率：

l/σ＝(V/I)×F(D/S)×W×F(W/S)×Fs_F

公式中D代表圆片直径，W代表圆片厚度，S代表探针间距，F₂(D/S)代表圆片直径修正因子，F(W/S)代表厚度修正因子，F_sp代表探针间距修正因子，V是电压，I是电流。

溶解度按如下公式的计算：溶解度＝(a-b)/a×100％。

公式中a待测水溶性导电聚苯胺重量，b为待测水溶性导电聚苯胺经过溶剂溶解后的干重；

产率的测定按照下列公式计算：聚苯胺的产率＝(聚苯胺质量M₁/苯胺单体质量M₀)×100％

本发明制备的水溶性导电聚苯胺在有机溶剂二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)及水中的溶解度分别为85.4％，88.2％和25％，导电率为5.6×10^-1s/cm；适用作水性聚苯胺产品的原料。

本发明制备的水溶性导电聚苯胺的结构用红外光谱及扫描电镜等分析仪器进行表征，如图1和图2，及图3和图4所示。