專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基摻雜苯胺共聚物及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)電聚合物納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物及其合成方法。
背景技術(shù)：
聚苯胺(Polyaniline)以其價(jià)廉、簡(jiǎn)易合成、高導(dǎo)電率、耐高溫、環(huán)境穩(wěn)定性良好以及特異的酸摻雜/堿去摻雜效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，成為最被廣泛研究的本征導(dǎo)電聚合物之 一。 (MacDiarmid A G. In Conjugated polymers and related materials, The interconnection of chemical and electronic structure [B]. Salaneck W R， Lundstrom I，Ranbyj B. eds.，Oxford Press, 1993，p73 一 98.)聚苯胺在諸如二次電池、發(fā)光二極管、電致變色材料和傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力(Bhadraa S， Khastgira Dj Singhaa N K， Lee J H. Progress in preparation, processing and applications of polyaniline [J]. Progress in Polymer Science, 2009，34 (8): 783 - 810.)。為了這些應(yīng)用，首當(dāng)其沖是將聚苯胺制備成膜或可加工的形式。但是由于聚苯胺分子鏈剛性和鏈間強(qiáng)烈的相互作用，導(dǎo)致它的溶解性極差，僅溶解于極少量有機(jī)溶劑； 同時(shí)，聚苯胺只能在PH<3才能導(dǎo)電，隨這其使用環(huán)境pH的增加，聚苯胺的導(dǎo)電率嚴(yán)重下降直至不導(dǎo)電。聚苯胺的這些缺點(diǎn)很大程度又限制了它在技術(shù)上的更廣泛應(yīng)用。而當(dāng)考慮商業(yè)應(yīng)用時(shí)，開(kāi)發(fā)水溶性或水分散性導(dǎo)電聚苯胺不僅環(huán)保，而且可以降低商業(yè)化成本。因而， 解決聚苯胺在水體系可加工性問(wèn)題成為各國(guó)競(jìng)相研究的熱門(mén)。相比聚苯胺而言，磺酸基自摻雜聚苯胺具有更為廣闊的應(yīng)用前景，這與其分子中的磺酸基團(tuán)所賦予的優(yōu)良的溶解性和穩(wěn)定的導(dǎo)電率密切相關(guān)。自從^e和Epstein等人最早獲得合成了磺酸基自摻雜聚苯胺以來(lái)(Yue J, Epstein A J. Synthesis of self-doped conducting polyaniline [J]. Journal of the American Chemistry Society, 1990, 112(7): 2800 - 2801.)，它就顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間，這類(lèi)聚合物的自摻雜性加快了摻雜與脫摻雜的過(guò)程，從而能夠滿(mǎn)足一些需要快速摻雜的應(yīng)用領(lǐng)域。(黃美榮，馮為，李新貴.磺化聚苯胺的合成及應(yīng)用前景[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2003，21(5): 311-315.) 盡管已經(jīng)有大量的文獻(xiàn)報(bào)道了有關(guān)磺酸基自摻雜聚苯胺的合成，(Freimd M S, Deore B. In Self-doped derivatives of polyaniline, Self-doped conducting polymers [B]. Freund M S，Deore B. eds.，John Wiley & Sons, Chichester, 2007，p75 - 155.)也有少量文獻(xiàn)報(bào)道了該類(lèi)型聚合物的納米結(jié)構(gòu)的合成(Zhmg L，Jimg X，Niu L, DongS J. Syntheses of fully sulfonated polyaniline nano-networks and its application to the direct electrochemistry of cytochrome c [J]. Biosensors and Bioelectronicsj 2006, 21 (7): 1107 - 1115.)，然而該類(lèi)型聚合物的納米結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、可控制性合成尚未見(jiàn)報(bào)道。而在實(shí)際應(yīng)用中，合成納米結(jié)構(gòu)可控的自摻雜聚苯胺對(duì)提高器件效能、降低成本和縮短商業(yè)化周期等發(fā)揮至關(guān)重要的作用。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)實(shí)效、具有良好收率且納米結(jié)構(gòu)可控的自摻雜導(dǎo)電聚合物的合成方法意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)電聚合物存在的加工性能差、只能在pH<3 才能導(dǎo)電的不足，而提出一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物及其合成方法。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物，其通用的結(jié)構(gòu)式如下所示
權(quán)利要求
1. 一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物，其特征在于其結(jié)構(gòu)式如下所示
2.如權(quán)利要求1所述的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成方法，其特征在于將苯胺2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物在引發(fā)劑、氧化劑作用下，在酸性環(huán)境中進(jìn)行聚合反應(yīng)，最終得到本發(fā)明的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物。
3.如權(quán)利要求2所述的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成方法，其特征在于所述的苯胺衍生物為2-羥基苯胺、2-巰甲基苯胺、2-甲氧基苯胺、2-氯苯胺、2-乙氧基苯胺或2-甲基苯胺；所述的引發(fā)劑為苯基苯二胺； 所述的氧化劑為過(guò)硫酸銨；所述的酸為鹽酸、硫酸、硝酸、樟腦磺酸、高氯酸或?qū)谆交撬帷?br> 4.如權(quán)利要求2或3所述的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成方法，其特征在于其合成過(guò)程具體包括以下步驟將苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物溶解于第一種酸溶液形成苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物的共聚單體溶液；將催化劑量的引發(fā)劑溶解于少量甲醇或乙醇形成引發(fā)劑溶液； 將氧化劑溶解于第二種酸溶液，形成氧化劑溶液；其中，所述的第一種和第二種酸溶液為相同酸溶液，即濃度為1. 0 mol/L的鹽酸、硫酸、 硝酸、樟腦磺酸、高氯酸或?qū)谆交撬岬乃芤?；將引發(fā)劑溶液與共聚單體溶液共混后，立即加入氧化劑溶液，劇烈晃動(dòng)片刻后靜置反應(yīng)完全，即得到含納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物粗品的反應(yīng)液；其中，所述的苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物的共聚摩爾比，即苯胺-2-磺酸苯胺或苯胺衍生物為0 100 0 100 ；所述的引發(fā)劑與共聚單體摩爾比為1 :50 ； 所述的氧化劑與共聚單體摩爾比為1 :1 4 ；上述反應(yīng)完全后，將反應(yīng)液取出后控制轉(zhuǎn)速為3000 4500 r/min，時(shí)間為30 60 min 離心沉降得到固體產(chǎn)物，再用3倍的去離子水洗滌固體產(chǎn)物，再離心沉降，反復(fù)洗滌-離心， 待產(chǎn)物不能離心沉降后，將其轉(zhuǎn)移至透析袋在PH=5. 5 6. 0的去離子水里反復(fù)透析M 30天，最終得納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物。
5.如權(quán)利要求4所述的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成方法，其特征在于所述的苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物的共聚摩爾比即苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物為0 70 30 100。
6.如權(quán)利要求5所述的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成方法，其特征在于所述的苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物的共聚摩爾比即苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物為50 :50。
7.如權(quán)利要求4、5或6任一所述的一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成方法適用于其結(jié)構(gòu)式如下所示的磺酸基自摻雜苯胺共聚物的合成；
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米結(jié)構(gòu)可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物及其合成方法。其合成方法即將苯胺-2-磺酸與苯胺或苯胺衍生物以不同摩爾比溶解于第一種酸溶液形成共聚單體溶液；將催化劑量的引發(fā)劑溶解于少量醇形成引發(fā)劑溶液；將一定量的氧化劑溶解于第二種酸溶液形成氧化劑溶液；將引發(fā)劑溶液與共聚單體溶液共混后，馬上加入氧化劑溶液，劇烈晃動(dòng)片刻后靜置反應(yīng)完全后，得到納米結(jié)構(gòu)即維度、尺寸均可控的磺酸基自摻雜苯胺共聚物。本發(fā)明合成步驟簡(jiǎn)單、高效且可控性高，所得到的納米結(jié)構(gòu)自摻雜導(dǎo)電聚合物可以用于諸如電極、電子屏蔽、防靜電、金屬防腐、電致變色材料、傳感器、功能膜和預(yù)防海洋污染等應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C07C303/22GK102250345SQ20111016329
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者廖耀祖, 王霞, 譚娜 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)