CN1802399A - 新型水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物 - Google Patents
新型水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1802399A CN1802399A CNA038268353A CN03826835A CN1802399A CN 1802399 A CN1802399 A CN 1802399A CN A038268353 A CNA038268353 A CN A038268353A CN 03826835 A CN03826835 A CN 03826835A CN 1802399 A CN1802399 A CN 1802399A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amino
- copolymerization
- benzene ethene
- formula
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
- H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
- H01B1/128—Intrinsically conductive polymers comprising six-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polyanilines, polyphenylenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F257/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of aromatic monomers as defined in group C08F12/00
- C08F257/02—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of aromatic monomers as defined in group C08F12/00 on to polymers of styrene or alkyl-substituted styrenes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F289/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to macromolecular compounds not provided for in groups C08F251/00 - C08F287/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- C08G73/02—Polyamines
- C08G73/026—Wholly aromatic polyamines
- C08G73/0266—Polyanilines or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L51/00—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L51/003—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L51/00—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L51/08—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D151/00—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D151/003—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained by reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D151/00—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D151/08—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
- Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
Abstract
本发明涉及新型水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物及其制备,其中将苯胺接枝到聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)上。本发明的水溶性自掺杂导电聚苯胺接枝共聚物的优点在于不参与自掺杂的水溶性骨架部分(磺酸基团)能够使聚合物可以溶于水或诸如二甲基亚砜(DMSO)等极性有机溶剂。聚合掺杂剂(聚(苯乙烯磺酸)骨架)的结构在很宽的pH范围内如此稳定以致能够防止因掺杂剂迁移导致的宏观相分离并且掺杂/去掺杂是可逆的。本发明的水溶性自掺杂导电聚苯胺接枝共聚物将可以用于诸如电极、EMI屏蔽、防静电、金属防腐、电致变色材料、传感器、功能膜和预防海洋污着等高级应用。
Description
技术领域
本发明涉及水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的合成方法。更具体地,通过氨基苯乙烯(AMS)和二碳酸二叔丁酯((BOC)2)的反应合成叔丁氧基羰基-氨基苯乙烯(BOC-AMS),然后与苯乙烯磺酸钠(SSNa)进行共聚。通过脱去叔丁氧基羰基基团而制备聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)(P(SSA-co-AMS)),并将苯胺接枝共聚到P(SSA-co-AMS)上,从而得到新型水溶性自掺杂聚(苯乙烯-接枝-苯胺)(PSSA-g-PANI)。
背景技术
聚苯胺是被广泛研究的本征导电聚合物之一,并且在质子掺杂或氧化反应之后能够显示出导电性。众所周知,聚苯胺制备容易、产率高且合成成本低,并且还显示出了非常高的电导率,同时导电形式具有优异的环境稳定性。(MacDiarmid,A.G.In Conjugated polymers and RelatedMaterials,The Interconnection of Chemical and Electronic Structure;Salaneck,W.R.;Lundstrom,I.;Ranby,B.编辑;牛津大学出版社,1993,第73-98页)
聚苯胺能够在诸如二次电池、发光二极管、电致变色材料和传感器等高级应用中使用,这是因为其具有优异的电学、电化学、和光学特性。为了这些应用,应当将聚苯胺制备成膜或可加工的形式。因而,当考虑到商业应用时,开发水溶性聚合物变得十分重要。然而,很少有关于关于溶解处理的报道,因为基于聚苯胺的导电聚合物由于刚性聚苯胺骨架间的π-π相互作用而不溶于常见溶剂。
在最近10年中,受益于对溶解处理研究的进展,开发出了可溶于有机溶剂或水的可加工的聚苯胺。聚苯胺的基本形式(翠绿亚胺基本形式)可以在诸如N-甲基吡咯烷酮(NMP)(Tzou,K.T.和Gregory,R.V.Synth.Met.1995,第69卷,第109页)或浓硫酸(Andreatta,A.,Cao,Y,Chiang,J.C.,Heeder,A.J.和Smith,P.,Synth.Met.1988,第26卷,第383页)等强路易斯酸等溶剂中进行处理。最近,通过使用诸如十二烷基苯磺酸或樟脑磺酸等酸性掺杂剂可以在极性或非极性溶剂中处理聚苯胺的导电形式(Cao,Y.,Smith,P.和Heeder,A.J.,Synth.Met.1992,第48卷,第91页)。
水溶性聚苯胺的制备方法也已进行了开发。已经报道了下述方法来制备水溶性聚苯胺:诸如将烷基磺酸基引至聚苯胺中的氮原子上(Bergeron,J.Y.,Chevalier,J.W.和Dao,Le H.J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1990,180;Chen,S.A.和Hwang,G.W.,J.Am.Chem.Soc.1994,第116卷,第7939页),或苯胺-N-烷基磺酸酯的化学或电化学聚合(Bergeron,J.Y.,Chevalier,J.W.和Dao,Le H.J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1990,180;Chen,S.A.和Hwang,G.W.,J.Am.Chem.Soc.1994,第116卷,第7939页)。近来,已经报道了通过二苯基-4-磺酸的聚合(DeArmitt,C.,Armes,C.P.,Winter,J.,Uribe,F.A.,Gottesfeld,J.和Mombourquette,C.Polymer l993,第34卷,第158页)或邻氨基苄醇与二苯基-4-磺酸的共聚(Nguyen,M.T.和Diaz,A.F.Macromolecules 1994,第27卷,第7003页)来制备水溶性聚苯胺。
水溶性聚苯胺的另一种制备方法是在水溶性聚合酸的存在下合成PANI(M.Angelopoulos,N.Patel,J.M.Shaw,N.C.Labianca和S.A.Rishton,J,Vac.Sci.Technol.B11,2794(1993);K.Shannon,和J.E.Fernadez,J.Chem.Soc.Chem.Commum.,643(1994))。
通过上述方法制备的水溶性聚苯胺不能在合成之后从反应溶液和副产物中提取并提纯。溶液中的残余产物和仍未反应的试剂难以与水分离。因而,要进行渗析以提纯所得到的聚苯胺,但这要耗费大量时间而且纯度仍存在问题。为制备所需浓度的水溶性聚苯胺水溶液还应当提取过量的水。
另一方面,当经溶解处理的聚苯胺膜或涂层用于电化学应用中时,诸如可逆的氧化/还原反应和电位扫描(potential swap)过程中的稳定性等电化学特性非常重要。决定此类特性的最重要的因素是膜的离子电导率。离子的扩散速率对氧化/还原的可逆性和使用寿命都有影响。已经报道在N-烷基磺酸取代的聚苯胺中氧化/还原的循环在酸性条件下超过100,000次(Kim,E.M.,Lee,M.H.,Moon,B.S.,Lee,C.和Rhee,S.B.,J.Electrochem.Soc,1994,141,L26),其中上述方法不适用于二次电池或电致变色材料。
近来,已经报道当将聚(苯乙烯磺酸)和低聚的乙二醇丙烯酸酯的共聚物用于聚苯胺的掺杂剂时,电学特性得到增强(H.Tsutsumi,S.Fukuzawa,M.Ishikawa,M.Morita,和Y.Matsuda,J.Electrochem.Soc.,142,L168(1995))。在该情况中,即使在40个充放电循环后也能够保持所述电学特性,但所述聚合方法非常困难并且由于所制备的聚苯胺膜不能溶解于溶剂中而导致该溶解处理不可能进行。
发明内容
因而,对可以在水性介质中处理并且不必进一步以外部掺杂剂掺杂来解决现有技术缺陷的导电聚苯胺的需求致使开发了具有优异的电化学特性的水溶性自掺杂导电聚苯胺。
本发明是以下式1表示的新型水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的制备方法。
式(1)
水溶性部分 自掺杂部分
附图说明
图1.聚(苯乙烯磺酸-接枝-聚苯胺)(PSSA-g-PANI)的合成路线。
图2.(a)聚(苯乙烯磺酸钠-共聚-叔丁氧基羰基-氨基苯乙烯)(P(SSNa-co-BOC-AMS))、(b)P(SSA-co-AMS)和(c)PSSA-g-PANI的FTIR(傅里叶变换红外)光谱,其中Q、B和op分别代表醌环、苯环和面外。
图3.(a)P(SSNa-co-BOC-AMS)、(b)P(SSA-co-AMS)的二甲基亚砜(DMSO)溶液和(c)PSSA-g-PANI的D2O溶液的1H NMR光谱。
图4.(a)PSSA-g-PANI和PSSA/PANI混合物的掺杂和去掺杂状态,以及(b)去掺杂态过程中的PSSA-g-PANI的结构变化的示意图。
图5.PSSA-g-PANI的电导率的温度依赖性:(a)第一次加热和(b)第二次加热(从R.T.(室温)至160℃以上)。
图6.PSSA-g-PANI的紫外-可见光谱:(a)水溶液中的自掺杂状态和(b)NH4OH(1M)水溶液中的去掺杂状态。
具体实施方式
本发明的目的是通过将苯胺接枝共聚到聚(苯乙烯磺酸)的骨架上来制备水溶性自掺杂导电聚苯胺接枝共聚物。
在本发明中,如下面的反应式1所述,叔丁氧基羰基-氨基苯乙烯(BOC-AMS)由氨基苯乙烯(AMS)和二碳酸二叔丁酯((BOC)2)的反应合成。
如下面的反应式2所述,P(SSNa-co-BOC-AMS)通过BOC-AMS和苯乙烯磺酸钠(SSNa)的共聚合成。
如下面的反应式3所述,P(SSA-co-AMS)通过在P(SSNa-co-BOC-AMS)中脱去BOC基团而制备。
然后,如下面的反应式4所述,PSSA-g-PANI(结构式1)通过将苯胺接枝于P(SSA-co-AMS)上而合成。
反应式1
反应式2
反应式3
反应式4
图1中的所有试验步骤以化学式表示。
在本发明中合成BOC-AMS的制备方法具体解释如下。
合成BOC-AMS是为了减少氨基的孤对电子向对位的乙烯基的转移并阻止自由基引发剂的相互作用或增长链的相互作用。实际上,通过自由基引发剂使氨基苯乙烯均聚或与苯乙烯进行共聚时,仅能以相当低的产率得到摩尔质量很小的产物。
二噁烷中的AMS和(BOC)2在冰/水浴中发生反应。将溶液搅拌10小时后,将200ml乙酸乙酯和200ml水依次加入。然后提取有机相并以大量的水洗涤数次。最终,在减压下蒸去溶剂。
粗BOC-AMS由正己烷再结晶以得到白色结晶固体(产率40%)。BOC-AMS的化学结构以1H NMR分析进行鉴定。1HNMR(300MHz,CDCl3,25C,TMS):δ=1.5(s,9H;-CH3),5.1(dd,2H;=CH2),5.6(dd,2H;=CH2),6.6(dd,1H;=CH-),6.7(s,1H;-NH-),7.3(s,4H;Ar-H)。
用于共聚BOC-AMS和苯乙烯磺酸钠的制备方法具体解释如下。
通过SSNa和BOC-AMS的共聚合成P(SSNa-co-BOC-AMS)。将SSNa(5g)、BOC-AMS(0.5g)、和偶氮二异丁腈(AIBN)(0.1g)溶解在60mlDMSO中并在N2气氛下在80℃聚合15小时。聚合之后,将产物沉淀入丙酮中,过滤,以丙酮洗涤数次,并在真空炉中在60℃干燥24小时。如上所述,BOC-AMS的化学结构以FT-IR和1H NMR分析进行鉴定。
在本发明中用于合成PSSA-g-PANI的制备方法具体解释如下。
在酸性条件下将BOC基团从P(SSNa-co-BOC-AMS)中脱去并进行Na+与H+的离子交换。在搅拌下在30℃用1小时的时间将P(SSNa-co-BOC-AMS)(0.8g)添加至30ml的HCl水溶液(1M)中从而得到P(SSA-co-AMS),然后使溶液温度降至0℃。
为将ANI接枝共聚到P(SSA-co-AMS)上,在搅拌下首先用0.5小时将ANI(0.2g)添加至P(SSA-co-AMS)溶液中,然后在0℃滴加20ml过硫酸铵(0.49g)/HCl水溶液(1M)。反应6小时之后,得到暗绿色溶液然后进行过滤。通过使用半透膜(截止分子量为3500)的渗析对滤出液进行进一步提纯。
本发明中所得到的PSSA-g-PANI的化学结构通过FT-IR和H1 NMR分析进行鉴定,分别如图2和图3所示。
从P(SSNa-co-BOC-AMS)中除去BOC基团,BOC的特征峰(1718,1539,1369cm-1)消失并在2618cm-1处观察到来自NH3 +伸缩振动的的新峰(图2(b))。如图2(c)所示,PSSA-g-PANI的FT-IR光谱显示在2618cm-1处来自P(SSA-co-AMS)中的NH3 +伸缩振动的峰在PSSA-g-PANI中几乎消失,这表明PANI成功地接枝到了P(SSA-co-AMS)上。图3中所示的H1NMR谱证实了所提出的导电PSSA-g-PANI共聚物的化学结构(图1)。
除了使用PSSNa代替P(SSNa-co-BOC-AMS)之外,以与PSSA-g-PANI相同的步骤制备PSSA/PANI的混合物,以将其性质与PSSA-g-PANI的性质相比较。如图4中所示,当PSSA-g-PANI共聚物和PSSA/PANI混合物在NH4OH水溶液中去掺杂时,PSSA/PANI混合物中的去掺杂的PANI从溶液中析出,而去掺杂的PSSA-g-PANI的颜色从暗绿色变为蓝紫色而没有析出。这也可以让我们得出ANI成功地接枝到P(SSA-co-AMS)骨架上的结论。由于掺杂剂是共价键合的,因此在接枝共聚物中不会发生PANI的宏观相分离。通过提纯除去NH4OH之后,因再掺杂而使PSSA-g-PANI的颜色由蓝紫色变成暗绿色。掺杂-去掺杂随pH的变化可逆地发生。
当在真空中30℃干燥24小时之后以压缩粒的形式于室温下测量导电性时,PSSA-g-PANI共聚物和PSSA/PANI混合物的电导率分别为1.2×10-1S/cm和7.7×10-2S/cm。
如图5所示,当将电导率的对数对温度的倒数作图时,可以看到该图在直至148℃的温度呈线性,表明电荷传输遵循极化子跳跃模型(即,电导率的温度依赖性遵守阿仑尼乌斯(Arrhenius)定律)。在超过148℃的更高的温度下,由于发生热去掺杂,因而电导率随温度升高而下降。比环取代的PANI更高的热去掺杂温度表明我们的PSSA-g-PANI在热力学上更稳定(M.Y.Hua,Y.N.Su,S.A.Chen,Polymer 2000,第41卷,第813页)。
如图6(a)所示,PSSA-g-PANI的紫外-可见光谱显示极化子带跃迁发生在420nm和770nm处,这表明PSSA-g-PANI处于自掺杂状态。如图6(b)所示,PSSA-g-PANI发生去掺杂后,在420nm和770nm处的两个峰消失而由于PANI中的醌环的π-π*跃迁导致在550nm处出现新的强吸收峰。
即使在长时间的高真空干燥以除去所残留的水后,由此得到的PSSA-g-PANI也可以完全溶于水和诸如DMSO的极性溶剂。当再次溶解在水中时也未观测到丁达尔(TYndall)效应。
下面将通过各实施例对本发明进行详细描述。然而应当记住这些实施例仅仅是具体的例子,而不是对本发明的限制。
实施例1
水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的合成(骨架分子量的改变)
通过SSNa和BOC-AMS的共聚合成P(SSNa-co-BOC-AMS)。将SSNa(5g)、BOC-AMS(0.5g)和AIBN(0.01g~0.2g)溶解在60ml DMSO中并在N2气氛中在80℃聚合15小时。聚合之后,将产物沉淀入丙酮中,过滤,以丙酮洗涤数次,在真空炉中在60℃干燥24小时。所得产物以MALDI-TOF(基质辅助激光解吸电离-飞行时间)质谱进行表征,其分子量约为1000~1000000。
实施例2
水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的合成(接枝长度的改变)
通过SSNa和BOC-AMS的共聚合成P(SSNa-co-BOC-AMS)。将SSNa(5g)、BOC-AMS(0.5g)和AIBN(0.1g)溶解在60ml DMSO中并在N2气氛下在80℃聚合15小时。聚合之后,将产物沉淀入丙酮中,过滤,以丙酮洗涤数次,在真空炉中在60℃干燥24小时。
为将ANI接枝共聚到P(SSA-co-AMS)上,在搅拌下首先用0.5小时将ANI添加至P(SSA-co-AMS)溶液中,其中ANI/P(SSA-co-AMS)的摩尔比为0.1~100,然后在0℃滴加20ml过硫酸铵/HCl水溶液(1M)。过硫酸铵/ANI的摩尔比为1.0。所得的接枝共聚物具有作为其平均接枝长度的约1~400的苯胺单元并且当苯胺单元超过20时不能溶解在水中。随着接枝长度的增加,参与水溶性的磺酸基团减少因而变得不溶。
实施例3
水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的合成(接枝位点密度的改变)
通过SSNa和BOC-AMS的共聚合成P(SSNa-co-BOC-AMS)。将SSNa(5g)、BOC-AMS(0.05g~0.2g)和AIBN(0.1g)溶解在60ml DMSO中并在N2气氛下在80℃聚合15小时。聚合之后,将产物沉淀入丙酮中,过滤,以丙酮洗涤数次,在真空炉中在60℃干燥24小时。所得产物以H1 NMR谱表征,进料中BOC-AMS的含量与产物中的含量相同。
实施例4
水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的合成(改变pH)
为将ANI接枝共聚到P(SSA-co-AMS)上,在搅拌下首先用0.5小时将ANI(0.2g)添加至P(SSA-co-AMS)(0.8g)溶液中,然后在0℃滴加20ml过硫酸铵(0.49g)/HCl水溶液(0.1M~2M)。反应6小时后,得到暗绿色溶液。
实施例5
水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的电化学合成
将前体膜,P(SSNa-co-BOC-AMS),旋涂在Pt盘形电极上。通过用恒电位仪(EG&G 273A)将预定电压施加至电极上来将苯胺电化学聚合在P(SSNa-co-BOC-AMS)上。在该电解中,使用由盘型Pt工作电极(直径1cm)、板型Pt反电极、和作为参比电极的氯化钠水溶液饱和甘汞电极(SCE)构成的标准三电极电池。电解液是DMF/水混合物中的1.0M的HCl水溶液。将苯胺添加至溶液中后,用N2吹扫1小时。电化学聚合的电势范围和扫描速率分别为-0.2V~1.0V(对SCE)和50mV/秒。
实施例6
水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物的合成(无渗析步骤的简易合成法)
通过上述方法制备的水溶性聚苯胺不能在合成之后从反应溶液中提取。这是因为溶液中的残余产物和仍未反应的试剂难以与水分离。因而,要进行渗析以提纯所得到的聚苯胺,但这要耗费大量时间而且纯度仍存在问题。为制备所需浓度的水溶性聚苯胺水溶液,还应当除去过量的水。如果在合成后接枝共聚物析出并且其他所有的试剂都溶解于溶剂中,则产物易于通过过滤进行分离。在本实施例中,选取乙腈/水(8∶2)以满足这些要求。用于接枝共聚的前体、P(SSNa-co-BOC-AMS)、单体、和氧化剂可以完全溶解在该共溶剂中,而PSSA-g-PANI则不溶。
将溶解于乙腈/1M HCl水溶液(8∶2)中的P(SSNa-co-BOC-AMS)(0.8g)在30℃搅拌1小时。温度降至0℃之后,在搅拌下首先用0.5小时将ANI(0.2g)添加至P(SSA-co-AMS)溶液中,然后在0℃滴加20ml过硫酸铵(0.49g)/HCl水溶液(0.1M)。反应6小时后,得到暗绿色溶液,然后进行过滤。PSSA-g-PANI析出并留在滤纸上,而其他所有试剂穿过滤纸。以丙酮洗涤数次后,使PSSA-g-PANI在炉中在30℃真空干燥24小时。即使在除去残留的水之后,PSSA-g-PANI也可以完全溶解在水中。
聚苯胺的合成不能在有机溶剂中进行。因而在该实施例中,在有机溶剂/水共溶剂的适宜比例下完成聚苯胺的合成。选择适宜比为8∶2从而可以有选择地沉淀接枝共聚物。
工业实用性
如上所述,水溶性自掺杂导电聚苯胺接枝共聚物的优点在于不参与自掺杂的水溶性骨架部分(磺酸基)能够使得聚合物可以溶于水或诸如二甲基亚砜(DMSO)等极性有机溶剂。聚合掺杂剂(聚(苯乙烯磺酸)骨架)的结构在很宽的pH范围内是如此稳定以致能够防止因掺杂剂迁移导致的宏观相分离。本发明的水溶性自掺杂导电聚苯胺将成为诸如电极、电磁干扰(EMI)屏蔽、防静电、金属防腐、电致变色材料、传感器、功能膜和预防海洋污着等高级应用的基本材料。
Claims (21)
1.由式I表示的聚苯胺接枝共聚物
2.如权利要求1所述的聚苯胺接枝共聚物,其中所述聚苯胺接枝共聚物具有作为平均接枝长度的1~400个苯胺重复单元。
3.如权利要求1所述的聚苯胺接枝共聚物,其中所述聚苯胺接枝共聚物具有作为平均接枝长度的4~32个苯胺重复单元。
4.如权利要求1~3任一项所述的聚苯胺接枝共聚物,其中所述聚苯胺接枝共聚物是自掺杂水溶性的聚苯胺接枝共聚物。
5.如权利要求1~3任一项所述的聚苯胺接枝共聚物,其中当应用四探针法时,无外部掺杂剂的所述聚苯胺接枝共聚物的电导率为1.0×10S/cm~1.2×10-4S/cm。
8.如权利要求6所述的方法,其中上述聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)具有的分子量根据基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱分析为1.0×103~1.0×106。
9.如权利要求6所述的方法,其中将苯胺接枝到聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)上的反应在-60℃~60℃的温度下进行。
10.如权利要求6所述的方法,其中上述聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)/苯胺的重量比为0.5~100。
11.如权利要求6所述的方法,其中聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)与苯胺的接枝反应通过电化学合成方法进行。
12.如权利要求7所述的方法,其中对于自由基共聚,上述苯乙烯磺酸钠/叔丁氧基羰基-氨基苯乙烯的重量比为5~100。
13.如权利要求7或12所述的方法,其中将苯乙烯磺酸钠和叔丁氧基羰基-氨基苯乙烯溶解在二甲基亚砜中,并且使用偶氮二异丁腈作为引发剂进行共聚。
14.如权利要求7所述的方法,其中氨基苯乙烯和二碳酸二叔丁酯在二噁烷中在冰/水浴中反应5小时~20小时。
15.如权利要求7所述的方法,其中当上述叔丁氧基羰基-氨基苯乙烯和苯乙烯磺酸钠发生共聚时,将乙腈/水共溶剂用于所述溶剂。
16.如权利要求10所述的方法,其中将作为工作电极的涂覆有聚(苯乙烯磺酸-共聚-氨基苯乙烯)的Pt电极、作为参比电极的饱和甘汞电极和作为反电极的Pt导线用于聚苯胺接枝共聚物的电化学合成。
17.一种抗静电剂,该抗静电剂包含由权利要求1的式子表示的所述聚苯胺接枝共聚物。
18.一种电磁干扰屏蔽材料,该材料包含由权利要求1的式子表示的所述聚苯胺接枝共聚物。
19.一种电极材料,该材料包含由权利要求1的式子表示的所述聚苯胺接枝共聚物。
20.一种涂膜,该涂膜包含由权利要求1的式子表示的所述聚苯胺接枝共聚物。
21.一种传感器,该传感器包含由权利要求1的式子表示的所述聚苯胺接枝共聚物。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2003-0051225A KR100534288B1 (ko) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 신규한 폴리아닐린 그래프트 공중합체 |
KR1020030051225 | 2003-07-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1802399A true CN1802399A (zh) | 2006-07-12 |
CN100523048C CN100523048C (zh) | 2009-08-05 |
Family
ID=36274144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB038268353A Expired - Lifetime CN100523048C (zh) | 2003-07-25 | 2003-09-01 | 新型水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7229574B2 (zh) |
JP (1) | JP4190536B2 (zh) |
KR (1) | KR100534288B1 (zh) |
CN (1) | CN100523048C (zh) |
AU (1) | AU2003256135A1 (zh) |
DE (1) | DE10394277B4 (zh) |
WO (1) | WO2005010072A1 (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101775176B (zh) * | 2010-01-18 | 2011-09-28 | 山东大学 | 一种聚苯胺/聚(苯乙烯-苯乙烯磺酸钠)核壳结构微乳液 |
CN103214671A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-07-24 | 华东交通大学 | 一种新型n-取代羧酸聚苯胺化学氧化制备方法 |
CN106757786A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 彭州市运达知识产权服务有限公司 | 一种聚苯胺导电膜及其制备方法 |
CN109504015A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-03-22 | 常州铱视光电科技有限公司 | 基于组合策略的电致变色聚合物材料及制备电致变色器件 |
CN115058004A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-16 | 汤臣(江苏)材料科技股份有限公司 | 一种易溶解反应型永久抗静电剂及其制备方法 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100605515B1 (ko) * | 2004-01-13 | 2006-07-28 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 완전박리된 폴리아닐린 전도성 고분자/클레이 나노복합체 |
KR100724336B1 (ko) * | 2005-11-03 | 2007-06-04 | 제일모직주식회사 | 자기 도핑된 전도성 고분자의 그래프트 공중합체를포함하는 유기 광전 소자용 전도성막 조성물 및 이를이용한 유기 광전 소자 |
KR20080006800A (ko) * | 2006-07-13 | 2008-01-17 | 삼성전자주식회사 | 표시판과 이를 갖는 액정표시장치 및 그 제조방법 |
KR100793319B1 (ko) * | 2006-08-07 | 2008-01-11 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 분산 중합을 이용한 수분산 폴리아닐린 나노 입자의제조방법 |
KR101212672B1 (ko) | 2008-12-26 | 2012-12-14 | 제일모직주식회사 | 전도성 고분자, 전도성 고분자 조성물, 전도성 고분자 유기막 및 이를 포함하는 유기발광소자 |
KR101076404B1 (ko) * | 2009-07-27 | 2011-10-25 | 서울대학교산학협력단 | 폴리아닐린 그래프트 공중합체를 포함하는 유기 태양전지 및 그 제조방법 |
WO2011014887A1 (en) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | The Ohio State University | Electrically conducting polymer and copolymer compositions, methods for making same and applications therefor |
CN102040695B (zh) * | 2010-11-26 | 2012-02-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 水溶性聚乙烯吡咯烷酮接枝聚苯胺共聚物制备方法 |
JP6844952B2 (ja) * | 2015-04-15 | 2021-03-17 | 東ソー・ファインケム株式会社 | 水溶性共重合体及びその製造方法 |
CN111334134B (zh) * | 2020-03-23 | 2022-02-15 | 天津科技大学 | 废旧聚苯乙烯泡沫塑料/聚苯胺复合防腐涂料及制备方法 |
CN116333320A (zh) * | 2023-03-31 | 2023-06-27 | 武汉理工大学 | 一种含聚苯胺嵌段的新型有机硅嵌段共聚物及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5188766A (en) * | 1988-09-16 | 1993-02-23 | The Dow Chemical Company | Electrically conductive polymer compositions, processes and polymers useful for preparing the polymer compositions |
US4959180A (en) * | 1989-02-03 | 1990-09-25 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Colloidal polyaniline |
JP2992150B2 (ja) * | 1991-10-11 | 1999-12-20 | 株式会社巴川製紙所 | ポリアニリン誘導体およびその製造方法 |
JPH11172104A (ja) * | 1997-12-15 | 1999-06-29 | Toagosei Co Ltd | ポリアニリン誘導体 |
JP2002265781A (ja) | 2001-03-13 | 2002-09-18 | Nippon Shokubai Co Ltd | 導電性ポリアニリン組成物の製造方法 |
-
2003
- 2003-07-25 KR KR10-2003-0051225A patent/KR100534288B1/ko active IP Right Grant
- 2003-09-01 JP JP2005504598A patent/JP4190536B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-01 CN CNB038268353A patent/CN100523048C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-01 DE DE10394277T patent/DE10394277B4/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-01 AU AU2003256135A patent/AU2003256135A1/en not_active Abandoned
- 2003-09-01 US US10/477,325 patent/US7229574B2/en active Active
- 2003-09-01 WO PCT/KR2003/001779 patent/WO2005010072A1/en active Application Filing
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101775176B (zh) * | 2010-01-18 | 2011-09-28 | 山东大学 | 一种聚苯胺/聚(苯乙烯-苯乙烯磺酸钠)核壳结构微乳液 |
CN103214671A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-07-24 | 华东交通大学 | 一种新型n-取代羧酸聚苯胺化学氧化制备方法 |
CN103214671B (zh) * | 2013-05-07 | 2015-11-18 | 华东交通大学 | 一种新型n-取代羧酸聚苯胺化学氧化制备方法 |
CN106757786A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 彭州市运达知识产权服务有限公司 | 一种聚苯胺导电膜及其制备方法 |
CN109504015A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-03-22 | 常州铱视光电科技有限公司 | 基于组合策略的电致变色聚合物材料及制备电致变色器件 |
CN109504015B (zh) * | 2018-11-14 | 2021-05-11 | 常州铱视光电科技有限公司 | 基于组合策略的电致变色聚合物材料及制备电致变色器件 |
CN115058004A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-16 | 汤臣(江苏)材料科技股份有限公司 | 一种易溶解反应型永久抗静电剂及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007520570A (ja) | 2007-07-26 |
CN100523048C (zh) | 2009-08-05 |
AU2003256135A1 (en) | 2005-02-14 |
US20060175580A1 (en) | 2006-08-10 |
WO2005010072A1 (en) | 2005-02-03 |
DE10394277B4 (de) | 2010-04-08 |
KR100534288B1 (ko) | 2005-12-08 |
KR20050012313A (ko) | 2005-02-02 |
JP4190536B2 (ja) | 2008-12-03 |
US7229574B2 (en) | 2007-06-12 |
DE10394277T5 (de) | 2006-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100523048C (zh) | 新型水溶性自掺杂聚苯胺接枝共聚物 | |
Shaplov et al. | Bis (trifluoromethylsulfonyl) amide based “polymeric ionic liquids”: Synthesis, purification and peculiarities of structure–properties relationships | |
CN102206313B (zh) | 星形聚合物及其制造方法 | |
CN109575267B (zh) | 聚醚基聚合物、交联网络聚合物及电化学器件 | |
JP4137583B2 (ja) | ポリアニリンおよび導電性ポリアニリンベース複合材料のドーパントとしてのスルホン酸、ホスホン酸およびリン酸の使用 | |
US4724053A (en) | Method for the electropolymerization of conductive polymers | |
CN101280061A (zh) | 有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯三元复合离聚物乳液的合成方法 | |
US8541541B2 (en) | Conductive block copolymers | |
JP5420902B2 (ja) | スターポリマー及びその製造方法 | |
KR0176017B1 (ko) | 수용성 전도성 폴리아닐린 복합체 | |
US8592539B2 (en) | Preparation of cobaltocenium-containing monomers and their polymers | |
JP3631910B2 (ja) | 高導電性アニリン系ポリマーの製造法 | |
EP0229993A2 (en) | Method for the electropolymerization of conductive polymers | |
CN1380889A (zh) | 导电微凝胶及其制造方法 | |
JP2011213586A (ja) | 炭素材料及びその製造方法 | |
KR100481665B1 (ko) | 전기전도성 폴리(싸이오펜) 비-수계 분산액, 이의제조방법 및 이의용도 | |
CN1858079A (zh) | 一种主、侧链长度均可控的亲水-疏水性接枝聚合物的制备方法 | |
KR100357902B1 (ko) | 전기 전도성 마이크로겔 및 이의 제조방법 | |
WO2002010251A1 (en) | Method for making polypyrrole | |
JP4139735B2 (ja) | 新規なデンドリマーおよびそれらを有するイオン伝導性ポリマー電解質 | |
JP2837622B2 (ja) | 新規重合性単量体、その重合物である高分子化合物及びその製造方法 | |
JP2007314606A (ja) | 導電性ポリマーの製法およびそれによって得られた導電性ポリマー | |
WO2024079618A1 (en) | Fullerene-functionalized (meth)acrylic polymers and preparation process thereof | |
CN116259752A (zh) | 一种水溶性聚离子液体粘结剂 | |
JPH09176311A (ja) | 導電性有機重合体組成物薄膜複合体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20090805 |
|
CX01 | Expiry of patent term |