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李廷希等.片状纳米聚对苯二胺的制备与表征
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片状纳米聚对苯二胺的制备与表征
李廷希.袁成前、赵玉花隋鹏高苏苏孔娜、陈泉良.魏萌
(山东科技大学材料科学与工程学院,山东青岛26590
摘要.以盐酸为掺杂剂过硫酸铵为氧化剂采用结构和性能的表征分析了聚对苯二胺纳米片可能的
溶液聚合合成了片状结构的聚对苯二胺通过红外形成机理
光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA
实验
DSC)和扫描电子显微镜(SEM)分别对产物的结构、结
晶性、热稳定性和微观形貌进行了表征。结果表明,所2.1聚对苯二胺纳米片的合成
得的聚对苯二胺纳米片具有一定的结晶性和良好的热2.1.1实验试剂
稳定性,聚对苯二胺的形貌与n(HC):n(pPDA)的
对苯二胺(pPDA),莱阻市双双化工有限公司,过
比例有关,当n(HCI):n(pPDA)=0.8时最易形成疏酸铵,烟台三和化学试剂有限公司,乙醇,天津市金
片状纳米聚对苯二胺。讨论了聚对苯二胺纳米片可能辉贸易有限公司;盐酸(36%),上海埃彼化学试剂有限
的形成机理
公司.所有试剂均为分析纯实验中所用蒸馏水均为二
关键词.聚对苯二胺.纳米片.溶液聚合.结晶性.
次蒸馏水
热稳定性
聚对苯二胺纳米片的合成
中图分类号:O631.2;TQ317.4文献标识码:A
将0.05m?对苯二胺溶解在160mL1mol/L盐酸
文章编号
:1001-9731(2012)121583-03
中,配成对苯二胺盐酸盐溶液,记作溶液A,并在o~
引言
5℃で的冰水浴中磁力搅拌30min:将0.05mo过硫酸铵
溶解在40mL1mol/L盐酸中,配成过硫酸铵溶液,记
聚苯胺(PANI由于其原料价廉易得、制备过程简作溶液B.在冰水浴中冷却,将冷却好的B溶液向A溶
单、结构多样性、独特的掺杂机制、优异的物理化学性液中逐滴加入,约滴加2-3h:在冰水浴条件下继续反
能等优势.在二次电池、电磁屏蔽、金属防腐抗静电应24h,反应结東后,过滤沉淀,然后用乙醇和水反复
材料、超级电容器等方面都有非常重要的潜在应用价清洗,最后月1molL盐酸清洗,滤饼在50~60℃真空
值口。随着纳米科学的发展,具有微纳米结构的聚苯干燥24h。烘干后用研钵仔细研磨,制得聚对苯二胺
胺合成和性能研究已成为新的热点[2n。聚苯胺纳米掺杂态聚对恭二胺的结构式如图1所示
粒子一维纳米结构(纳米纤维纳米棒纳米管等)和
三维有序结构等相继被合成出来与聚苯胺本体相
比纳米结构聚苯胺具有更加优异的特性[s]如聚苯胺
纳米粒子能很好地分散在普通有机溶剂中使聚苯胺
H
具有更好的加工性能.聚苯胺纳米纤维的气敏响应性
图1摻杂态聚对苯二胺的结构式
可以提高几个数量级.全氟取代磺酸掺杂的聚苯胺纳
米纤维具有可控的润湿性能等在前期的工作中已
Fig I The molecular structure of doped-pppd
经通过微乳液聚合成功地制备了聚苯胺纳米粒子.发
2样品的性能及表征
现该纳米粒子具有很好的分散性耐热性和较大的比
FT-IR由美国 Nicolet380型r-IR光谱仪分析
测定样品经与溴化钾混合压片处理样品物项和结
表面积[
作为聚苯胺的行生物,聚对苯二酸(PpPD)因其在构分析采用 Rigaku D/max2200pC型转靶x射线粉
电催化重金属离子吸附化学传感等方面的潜在应用
末行射仪測定.辐射源CuK。线(x=0.1542m),扫描
越来越受到人们的关注,国内外对聚对苯二胺的由心范围为10~80,扫描速度为
min
管流管压为
学聚合和化学氧化聚合已有大量的研究报道,但25mA,40kVv,样品的热稳定性分析TGA/DSC1
是,合成具有微纳米结构的聚对苯二胺的研究却比较1600LF型同步热分析仪(瑞士梅特勒分析仪器厂),气
少本文采用溶液聚合方法成功制备聚对苯二胺纳米
氛为氨气,温度范围从50~650℃,升温速率为10℃
片.并通过FT-IR、XRD、 TGA/DSC、SEM对其进行了 an. PPPD纳米片的形貌分析采用KYKY-2800B扫
描电子显微镜(中国科仪).样品表面经喷金处理
な基金项目:教育部留学归国人员科研启动基金资助项目(2005383):山东科技大学院士基金资助项目c061o013);山东科技大学
收到初念312012年度研究生科技创新基金资助项目YCB1103
期.2012-01-11
收到修改稿目期.2012-03-28
通讯作者.李廷希
作者简介:李廷希(1967-),男,河南许昌人,博士,教授,主要从事有机电致发光及功能高分子材料的研究
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2012年第12期(43)卷
结果与讨论
3.3热性能分析
图4是PpPD的热分析曲线。由图4可知,样品
3.1红外光谱分析
在90和277℃有明显的吸热峰,热分解呈现出逐渐失
图2是溶液法制备的聚对苯二胺粉末在4000重的趋势、出现3个失重平台。第一个失重平合发生
400cm-1处红外光谱图。图2中3500~3300m1处的在50~120℃之间,该阶段的失重是由吸附在聚合物
峰对应着NH的伸缩振动吸收峰。3056cm是芳表面的水分溶剂掺杂剂和小分子低聚物的蒸发引起
环上的C-H伸缩振动模式.1569、1502cm-1处的吸的第二个失重平台发生在170~290℃之间,这是由
收峰分别对应着醌环和苯环上的C
的伸缩振动聚合物内部掺杂剂挥发和cO2的释放引起的:热分解
峰,12981234cm1的吸收峰分别是苯环上的CN伸发生的第三个失重平台在30℃之后,这是由聚合物
缩振动吸收峰和醒亚胺CN一的伸缩振动吸收主链的分解所致。有意义的是在该阶段的失重平台
峰,16、106cm1处对应着苯环上cH的平面弯中.失重速率要比文献报道中聚苯胺在该阶段的失
曲振动吸收峰,827cm1归属于四取代苯环上的C-H重速率緩慢些.这可能是由于聚合物链间较强的
的面外弯曲振动吸收峰,这与文献[9丁所报道的非常相互作用所致.样品在较宽的温度范围内逐渐失重
合这些都表明本文已用溶液聚合方法成功地合成了充分说明了聚合物具有较高的热稳定性良好的热稳
掺杂态聚对苯二胺
定性将大大增强PpPD在工业生产中的应用前景
vv
80
e
6
40003600320028002400200016001200800400
Hoo 200 300 abo soo 800 -14
图2聚对樂≌尘界吸收光谱
聚对?殷留e
图
TGA/DSC曲线
Fig 2 FT-IR spectrum of PPPD
Fig 4 TGA/DSC curves of PPPD
3.2x射线衍射分析
形貌及形成机理分析
图8为PpPD的x射线衍射图。由图3可以看出
借助于sEM可以清晰地观察到PpPD的形貌,图
产物呈现出非品态结构。但产物在2=14.5、.1.5、5为不同HC用量情况下PpPD的sEM图片.由图
19.4、21.0和26.
分别出现5个衍射峰,其中
5可以看出,HCI用量对产物形貌有着显著的影响,当
16.5和26.2是对三胶的两个特征行射峰.分别(HC1): (P-P