第25卷第10期1997年10月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScience)Vol.25No.10October1997聚苯胺合成的中试放大研究*周震涛摘要刘芳杨洪业广州510641)(华南理工大学材料科学与工程研究中心为了促进导电聚苯胺(PAn)的产业化,采用工业品的苯胺、盐酸、过硫酸铵为原料,以自来水为溶剂,用化学法进行了PAn合成反应的逐级放大(一次最大投料总容积359L,苯胺一次最大投料量22500g)的中间试验研究。实验结果表明,在其最佳条件下,小试合成PAn的电导率都在34.00Scm-1左右,最高可达38.46Scm-1。逐级放大合成PAn的电导率,在100L总容积(苯胺一次投料7500g)以内都超过30.30Scm-1。元素分析和红外光谱的研究表明,用工业品原料合成的PAn与用试剂级原料合成的PAn在化学组成和微观结构上基本相同。文章还分析了大投料量合成PAn电导率的影响因素,发现主要在于有效控制温度等反应基本条件和各组份的相对浓度,亦即在于完全重复小试合成的所有条件。关键词苯胺;聚苯胺;聚合反应;电导率;中试放大中图资料分类号TQ246.31导电聚苯胺(PAn)的导电性能优良、结构稳定、应用前景广阔[1~3],是一种最有可能实用化的导电高分子材料。与电化学方法合成PAn相比,化学法合成PAn具有方法简单、成本低、产物的导电性能较高、一次可得较多产物以及便于大规模工业化生产等优点。用试剂级原料和化学方法合成PAn已有不少文献报导[4~6],但是关于其合成的中试放大研究,特别是用自来水和未经提纯的工业品原料直接进行PAn合成的中试放大研究,却至今未见文献报导。本文以工业品的苯胺、盐酸和过硫酸铵为原料,用自来水为溶剂,直接合成PAn和进行PAn合成的逐级中试放大试验,较系统地研究了PAn合成放大过程的条件对产物导电性能的影响。本研究结果对PAn合成的产业化将有直接的参考作用。11.1实验部分主要原料及设备苯胺:(1)工业品,英国进口;(2)化学纯,广州化学试剂厂生产,用前加锌粉蒸馏两次。盐酸:(1)工业品,广州化工厂生产;(2)分析纯,广州东红化工厂生产。过硫酸铵:(1)工业品,广州珠江电化厂生产;(2)分析纯,上海桃浦化工厂生产。合成过程所用的溶剂为自来水或蒸馏水。100L以内投料总容量合成所用的合成釜均为带夹套冷却装置的不锈钢反应釜。300L以上投料总容量合成用的反应釜均为佛山耐酸陶瓷厂生产的500L容积的耐酸陶瓷反应釜。来稿日期:1996-12-25*广东省自然科学基金资助项目周震涛,男,1945年生,副教授;主要研究方向:功能高分子材料第10期周震涛等:聚苯胺合成的中试放大研究5712PAn的合成及测试(1)PAn合成及电导率测试:将苯胺用盐酸及自来水或蒸馏水配制成具有预定浓度和酸度的盐酸苯胺溶液,将盐酸和过硫酸铵用自来水或蒸馏水配制成具有预定浓度的水溶液,之后,在反应釜中进行PAn的合成。PAn合成的实验操作方法、后处理、试片制备以及电导率的测试等参照文献[7]。(2)元素分析:用德国的HerausCHN_O_Rapid元素分析仪分析PAn的C、、O,用氧瓶HN、燃烧法测定Cl、S。Br、(3)红外光谱:以KBr压片法制样,在美国产的Nicolet5DXB型FT_IRSpectrometer上进行分析。22.1结果与讨论工业品原料与试剂级原料合成PAn的对比研究为了摸索工业品原料不经蒸馏提纯能否直接合成PAn,我们以蒸馏水为溶剂和在各相应原料的浓度、配比、投料量以及合成条件等都相同的条件下,将工业品原料与试剂级原料进行了PAn合成的对比研究,研究结果如表1所示。表1Table1编号试剂级原料和工业品原料合成PAn的实验结果*TheresultsofthePAnsynthesizedatchemicallypurematerialsandcommerciallypurematerials所用原料蒸馏过的C.P级苯胺C.P级盐酸C.P级过硫酸铵蒸馏过的C.P级苯胺所得PAn重W/g外观产率/%电导率/Scm1112.8暗兰色550.992工业品盐酸C.P级过硫酸铵蒸馏过的C.P级苯胺工业品盐酸工业品过硫酸铵未蒸馏过的C.P级苯胺19.3暗兰色82.81.00323.9暗兰色102.60.174工业品盐酸工业品过硫酸铵未蒸馏过的工业品苯胺23.0暗兰色98.70.205工业品盐酸工业品过