導航:首頁 > 汽車產業 > 如何製作苯胺工業

如何製作苯胺工業

發布時間:2022-04-14 02:26:35

① 苯胺的備制

簡單的說就是將硝基苯和氫氣加熱到200度左右,通入流化床反應器,在金屬負載型催化劑(很多種,你這里是活性銅)的作用下,在200-320度時生成苯胺。
反應化學式為C6H5NO2+3H2—-—- C6H5NH2+2H20

硝基苯催化加氫法是目前工業上生產苯胺的主要方法,包括固定床氣相催化加氫、流化床氣相催化加氫以及硝基苯液相催化加氫三種工藝。

催化劑
C6H5NO2+3H2—-—- C6H5NH2+2H20+Q
生產工藝:1,硝基苯加氫還原:硝基苯經預熱和氫氣以1:9(摩爾比)進入氣化器,氣化並加熱至185~200℃,通人流化床。以銅作催化劑,氣態硝基苯在流化床內發生加氫還原反應。控制流化床內中心溫度220~270℃。H:≥90%。加氫反應產生的熱量由廢熱鍋爐產生1.3~1.7MPa的飽和蒸汽,供氣化器和後續精餾工序使用。流化床頂部出來的氣態反應生成物經冷凝、冷卻。液相為反應生成的苯胺和水,分層得到粗品苯胺。不凝氣(H:≥90%)少量排放,其餘壓縮後。和新鮮氫混合循環使用。床內銅催化劑定期進行再生處理。2,苯胺精製:粗品苯胺從脫水塔頂泵人。控制脫水塔釜溫度140-160℃,塔頂溫度120~140℃。塔內真空度一0.06至-0.07MPa。當脫水塔釜液水分≤0.1%後,進入精餾塔精餾脫除重組份(硝基苯、聯苯胺類等)。控制塔釜溫度l10~120℃。塔頂溫度100~llO~C。塔內真空度一0.09MPa以上。氣態苯胺從塔頂蒸出冷凝得到成品;塔釜內的重組份定期排放,蒸餾回收苯胺後作為焦油。

固定床氣相催化加氫工藝是在l~3 MPa和200—300 攝氏度等條件下,硝基苯和氫發生反應,苯胺的選擇性>99%。具有運轉費用低、投資少、技術成熟和產品質量好等優點,不足之處是易發生局部過熱而引起副反應和催化劑失活。國外大多數苯胺生產廠採用此工藝進行生產。
流化床氣相催化加氫法是汽化後的硝基苯與過量H:混合,進人流化床反應器,在260—280℃進行加氫還原反應生成苯胺和水蒸汽。該法較好地改善了傳熱狀況,避免局部過熱,減少副反應的生成,延長了催化劑的使用壽命;不足之處是操作較復雜,催化劑磨損大,裝置建設、操作和維修費用較高。我國絕大多數苯胺生產廠家均採用流化床氣相催化加氫工藝進行生產。
硝基苯液相催化加氫工藝是在無水條件下硝基苯進行加氫反應生成苯胺,苯胺的收率為99%。優點是反應溫度較低,副反應少,催化劑負荷高,壽命長,設備生產能力大,不足之處是反應物與催化劑以及溶劑必須進行分離,設備操作以及維修費用高。
目前,成功應用於硝基苯加氫工藝的催化劑主要是還原態的銅基催化劑和貴金屬鉑系催化劑。
俄羅斯催化研究所披露了硝基苯加氫制苯胺的銅加強催化劑的制備方法:通過在不銹鋼的柵格中燒結分布在熱交換器表面的鎳和鋁粉末,得到鎳.鋁載體,銅催化劑便依附在此載體上,用此方法製得的催化劑活性高。
硝基苯催化加氫工藝的技術進展主要表現在催化劑的改進方面。
美國杜邦公司成功開發了硝基苯液相催化加氫工藝:在150—250℃和0.15—1.0 MPa條件下,採用貴金屬催化劑,在無水條件下硝基苯進行加氫反應生成苯胺,收率為99%。俄國物理有機研究所研製出以稀土金屬氧化物為載體的硝基苯催化加氫鈀催化劑,實驗證明,在硝基苯加氫制苯胺中,l%Pd/Sm:03比1%Pd/A120 的催化活性高,兩者的穩定性比值為3.5。莫貝公司研製出由金、銀鉑或鈀等貴金屬製成的網狀、波紋狀或蜂窩狀催化劑,在此催化劑存在下,以甲醇為溶劑,於131—150oC和6.4 MPa條件下硝基苯加氫反應63 rain,苯胺收率98.1%以上。天津大學製成了一種功能性磷樹脂,把Pd、Pt或Ni負載於該樹脂上製成催化劑,可用於硝基苯的氫化反應。

② 想知道工業上, 苯胺的生產的歷史及過程.......

苯胺的歷史
1.1834年 - 由於導電高分子材料作為新興不可替代的基礎有機材料之一, 幾乎可以用於現代所有新興產業及高科技領域之中,因此對導電高分子研究不僅具有重大的理論價值,而且具有巨大的應用價值。 1.1.1 聚苯胺的研究歷史和現狀聚苯胺(Polyaniline)是在1834年Runge 在水溶液中氧化苯胺得到了難加工的黑綠色的固體時第一次發現的,發現這種物質具有染色的功能,稱之為「苯胺黑」。
2.1856年 - 1856年,WH Perkin苯胺紫的合成 -----------第一個工業精細有機合成(世界上第一個合成染料) 珀金,WH Sir William Henry Perkin (1838~1907) 亦稱「冒酜」。 第一個人工合成的紫色染料。 由英國化學家威廉·亨利·柏琴於1856年在合成奎寧的實驗中偶然發現獲得。 微溶於熱水(呈紅紫色),溶於乙醇(呈現紫煞費苦心)和濃硫酸(呈橄欖綠色) 。 由含有甲苯胺的不純苯胺經硫酸和重鉻酸鉀氧化製得。 用作著毛、絲綢等的染色劑。
3.1890年 - 採用照相製版法後,絲網上塗布感光膠膜,在照相原版下曝光使網孔阻塞,僅圖像部分透墨印刷,應用范圍日趨廣泛。
苯胺的生產方法有兩種
①由硝基苯經活性銅催化氫化制備,此法可進行連續生產,無污染。 ②氯苯和氨在高溫和氧化銅催化劑存在下反應得到。

③ 聚苯胺的合成方法是什麼

一 聚苯胺的合成方法

聚苯胺的合成方法很多,但常用的合成方法有兩大類:化學合成和電化學合成。

(1) 化學合成法 化學合成法是利用氧化劑作為引發劑在酸性介質中使苯胺單體發生氧化聚合,具體實施方法有如下幾種。

① 化學氧化聚合法 聚苯胺的化學氧化聚合法,是在酸性條件下用氧化劑使苯胺單體氧化聚合。質子酸是影響苯胺氧化聚合的重要因素,它主要起兩方面的作用:提供反應介質所需要的pH值和以摻雜劑的形式進入聚苯胺骨架賦予其一定的導電性。聚合同時進行現場摻雜,聚合和摻雜同時完成。常用的氧化劑有:過氧化氫、重鉻酸鹽、過硫酸鹽等。其合成反應主要受質子酸的種類及濃度,氧化劑的種類及濃度,單體濃度和反應溫度、反應時間等因素的影響。化學氧化聚合法優點在於能大量生產聚苯胺,設備投資少,工藝簡單,適合於實現工業化生產,是目前最常用的合成方法。

② 乳液聚合法 乳液聚合法是將引發劑加入含有苯胺及其衍生物的酸性乳液體系內的方法。乳液聚合法具有以下優點:採用環境友好且成本低廉的水作為熱載體,產物無需沉澱分離以除去溶劑;合成的聚苯胺分子量和溶解性都較高;如採用大分子磺酸為表面活性劑,則可一步完成摻雜提高導電聚苯胺電導率;可將聚苯胺製成直接使用的乳狀液,後續加工過程不必再使用昂貴或有毒的有機溶劑,簡化了工藝,降低了成本,還可以克服傳統方法合成聚苯胺不溶不熔的缺點。

③ 微乳液聚合法 微乳液聚合法是在乳液法基礎上發展起來的。聚合體系由水、苯胺、表面活性劑、助表面活性劑組成。微乳液分散相液滴尺寸(10~100nm)小於普通乳液(10~200nm),非常有利於合成納米級聚苯胺。納米聚苯胺微粒不僅可能解決其難於加工成型的缺陷,且能集聚合物導電性和納米微粒獨特理化性質於一體,因此自1997年首次報道利用此法合成了最小粒徑為5nm的聚苯胺微粒以來,微乳液法己經成為該領域的研究熱點。目前常規O/W型微乳液用於合成聚苯胺納米微粒常用表面活性劑有DBSA、十二烷基磺酸鈉等,粒徑約為10~40nm。反相微乳液法(W/O)用於制備聚苯胺納米微粒可獲得更小的粒徑(<10nm),且粒徑分布更均勻。這是由於在反相微乳液水核內溶解的苯胺單體較之常規微乳液油核內的較少造成的。

④ 分散聚合法 苯胺分散聚合體系一般是由苯胺單體、水、分散劑、穩定劑和引發劑組成。反應前介質為均相體系,但所生成聚苯胺不溶於介質,當其達到臨界鏈長後從介質中沉析出來,藉助於穩定劑懸浮於介質中,形成類似於聚合物乳液的穩定分散體系。該法目前用於聚苯胺合成研究遠不及上述三種實施方法

成熟,研究較少。

(2) 電化學合成法 聚苯胺的電化學聚合法主要有:恆電位法、恆電流法、動電位掃描法以及脈沖極化法。一般都是An在酸性溶液中,在陽極上進行聚合。電化學合成法制備聚苯胺是在含An的電解質溶液中,使An在陽極上發生氧化聚合反應,生成粘附於電極表面的聚苯胺薄膜或是沉積在電極表面的聚苯胺粉末。Diaz等人用電化學方法制備了聚苯胺薄膜。

目前主要採用電化學方法制備PANI電致變色膜,但是,採用電化學方法制備PANI電致變色膜時存在如下幾點缺陷:不能大規模製備電致變色膜;PANI膜的力學性能較差;PANI膜與導電玻璃基底粘結性差。

二 聚苯胺的質子酸摻雜

導電聚合物的「摻雜」是指將導電聚合物從絕緣態轉變成導電態時從其分子鏈中遷移出電子的過程。簡單地說,摻雜就是將電子從導電聚合物價帶頂部移出(p型摻雜,導電聚合物被氧化),或者向導帶底部注入電子(n型摻雜,導電聚合物被還原),使導電聚合物離子化。而導電高聚物的「摻雜」與無機半導休「摻雜」有本質的差別,主要表現在:

(1) 無機半導體摻雜是原子的替代,而在導電高聚物的實質是摻雜劑與主鏈發生氧化還原反應,產生帶電缺陷,兩者生成電荷轉移絡合物;

(2) 無機半導體摻雜量極低(萬分之幾),而導電高聚物摻雜量可以很大,甚至超過聚合物自身質量;

(3) 無機半導體中不存在脫摻雜過程,而某些導電高聚物中不僅存在脫摻雜,而且摻雜脫摻雜過程完全可逆,進而進行二次或多次摻雜。

聚苯胺的質子酸摻雜機制不同於其它導電高聚物的氧化還原摻雜,後者通過摻雜電子受體或電子給予體總伴隨著分子鏈上電子的得失,而聚苯胺的質子摻雜則不改變主鏈上的電子數目,只是質子進入高聚物鏈上才使鏈帶正電,為維持電中性,對陰離子也進入高聚物鏈[27]。現有的研究表明[28],聚苯胺的胺基和亞胺基均可與質子酸反應生成胺鹽和亞胺鹽,但只有亞胺氮原子上的摻雜反應才對導電性有貢獻。在兩種氮原子都存在的情況下,亞胺的氮原子優先被質子化,有效摻雜必須存在醌式結構。用質子酸摻雜時,只是在主鏈上引入正電荷,為了維持電中性對陰離子也進入聚苯胺分子鏈中,如圖1-4所示。

NH

xNN1 -x

脫 摻 雜 xHA 摻 雜N 1-yN+A-

摻 雜部 分 y1-x 未 摻 雜部 分

圖1-4 PANI的摻雜過程

Fig. 1-4 Doping process of PANI

其中,x表示氧化程度,由合成來決定;y表示摻雜程度,由摻雜來決定:A-表示質子酸中的陰離子,由摻雜劑來決定。

根據聚苯胺摻雜過程和步驟的不同,質子酸摻雜可分為以下幾種:一次摻雜、摻雜-脫摻雜-再摻雜、二次摻雜、共摻雜。

三 聚苯胺的導電機理

導電過程是載流子在電場作用下作定向運動的過程。高分子材料要能導電,必須具備兩個條件:要能產生足夠數量的載流子(電子、空穴或離子等);以及大分子鏈內和鏈間要能形成導電通道。導電聚合物的導電機理既不同於金屬又不同於半導體,金屬的載流子是自由電子,半導體的載流子是電子或空穴,而導電聚合物的載流子是「離域」π電子和由摻雜劑形成的孤子、極化子、雙極化子等構成。

我國學者王慧中等人提出的摻雜態聚苯胺單極化子和雙極化子相互轉化的結構模型,比較合理的解釋了聚苯胺的導電機理,如圖1-5所示。

NH

BB

-O H

NHB+A-H+-A

+ *NH

A-NQN本徵態 聚苯胺+NH-A+*NH

A-質子化NHNH分子內電 荷 轉 移

NH

BnB+ *NH-A

BNHQ+*NH-A摻 雜態 聚苯胺

圖1-5 摻雜態聚苯胺的導電機理

Fig. 1-5 Conctive mechanism of doped PANI

這一模型可以看出,摻雜態聚苯胺體系中,既有絕緣成分,也有各種導電成分,聚苯胺的分子鏈結構對導電性有很大的影響。

本徵態的聚苯胺經質子酸摻雜後分子內的醌環消失,電子雲重新分布,氮原子上的正電荷離域到大共軛π鍵中,而使聚苯胺呈現出高的導電性,摻雜前後的電導率變化可以高達9~10 個數量級。實驗表明摻雜後的聚苯胺導電性能有極大的改善,其摻雜劑可以是質子酸、類質子酸、中性鹽及某些氧化劑如NH4S2O8、FeCl3等。

四 性能測試方法

1.紅外光譜分析 紅外吸收光譜在高分子研究中是一種很有用的手段,目前普遍應用在分析與鑒別高聚物、高聚物反應的研究、共聚物研究、高聚物結晶形態的研究、高聚物取向的研究、聚合物表面的研究等方面[58]。樣品與溴化鉀(KBr)以大約1:100的比例混合,置於研磨中研磨成細粉,在5 MPa下將之壓成試片。使用傅里葉紅外光譜儀進行表徵,光譜范圍4000~400 cm-1;解析度優於0.5 cm-1(可達0.2 cm-1);波數精度優於0.01 cm-1;透光率精度優於0.1 %T。

2.拉曼光譜分析 激光拉曼光譜和紅外光譜在高聚物研究中可互補充。拉曼光譜在表徵高分子鏈的碳-碳骨架振動方面更為有效,也可用於研究高聚物的結晶和取向[58]。使用顯微拉曼光譜儀進行表徵,光譜范圍:3600~100 cm-1;解析度:1~2 cm-1;激發波長:785 nm(固體激光器);光譜重復性:±0.2 cm-1;樣品尺寸:不大於3cm×3cm×3cm。

3.熱性能分析 熱分析是測量在受控程序溫度條件下,物質的物理性質隨溫度變化的函數關系的技術。這里所說的物質是指被測樣品以及它的反應產物。程序溫度一般採用線性程序,但也可能是溫度的對數或倒數程序[59]。

利用綜合熱分析儀對樣品進行熱分析。該綜合熱分析儀集TG-DSC/DTA及Cp多方面測量功能於一身,主要參數為:溫度測量范圍-120~1650℃;比熱測量范圍0.1~5.0J/gK;比熱測量精度5%;雜訊影響(最大)15μW;溫度精度<1K;熱焓精度±3%;真空度10-4 MPa;熱重精度10-6g,熱分析條件:Ar氣氛,升溫速率10℃/min,溫度范圍為30~700℃。測定加熱過程中,各種薄膜的熱重量損失及能量變化。

4.X射線衍射譜分析(XRD) XRD是物相分析最有效的手段之一。通過材料的X射線衍射圖能過得到相關物質的元素組成、尺寸、離子間距等材料的精細結構方面的數據與信息[60]。取少量產物粉末約0.89銅靶,電壓40.0kV,電流30.0mA,掃描范圍2θ=5~45。和10~100。,掃描速度4。/min進行測試。

5.掃描電子顯微鏡分析(SEM) 掃描電子顯微鏡(SEM)作為一種直觀的表徵手段,通過直接的觀察就可以確定聚合物形貌結構,如顆粒或纖維狀、多孔或緻密等[60]。一般認為,不同的摻雜陰離子將導致導電聚合物的成核與生長機理不同,因此產生形態各異的聚合物。

6.氣敏特性測試 採用靜態配氣法,測試元件對某些氣體的靈敏度及其響應-恢復時間。氣體靈敏度的定義為S = Rg / Ra (Ra為空氣中測得的電阻,Rg為待測氣體中測得的電阻),響應-恢復時間為薄膜元件從接觸和脫離檢測氣體開始到其阻值或阻值增量達到某一確定值的時間。主要技術參數:測試通道數:30路,採集速度:1次/秒,系統綜合誤差:<±1% ,電源:AC 220V±10% 50Hz,測試電源:Vh 2~10V連續可調 Max8A,Vc:2~10V 連續可調 Max1A,配氣箱:外形尺寸 315mm×335mm×350mm;容積30L。

④ 苯合成對硝基苯胺的方法

鄰硝基苯胺的前體可以用鄰二硝基苯,也有用苯胺的。從苯出發,得到硝基苯,再得到鄰二硝基苯,這是可以實現的;用苯合成苯胺也不難。

先用乙酸將苯胺醯化成乙醯苯胺,防止氨基在硝化過程中被破壞。用冷的(0-5攝氏度)硝硫混酸硝化乙醯苯胺,得到對硝基乙醯苯胺。若溫度太高,會有較多的鄰位硝化產物生成。對硝基乙醯苯胺經水解,就得到對硝基苯胺。

(4)如何製作苯胺工業擴展閱讀:

對硝基苯胺是染料工業極為重要的中間體,可直接用於合成品種有:直接耐曬黑G、直接綠B、BE、2B-2N、黑綠NB、直接灰D、酸性黑10B、ATT、分散紅P-4G、陽離深黃2RL、毛皮黑D、對苯二胺、鄰氯對硝基苯胺、2.6-二氯-4硝基苯胺、5-硝基-2-氯苯酚等,也可合成農葯氯硝胺、醫葯卡柳腫;同時還是防老劑、光穩定劑、顯影劑等的原料。國外以對硝基苯胺為重氮組份合成的分散染料有:C, I分散橙1, 3, 7, 21等、紅色1, 2, 7, 17等,藍259;黑2, 3, 28, 29等。

⑤ 如何由苯制備苯胺

先讓苯進行硝化反應,得到硝基苯,然後再鋅的酸性溶液中還原就可得到苯胺

⑥ 有機化學反應苯環如何合成苯胺鐠

有機化學反應苯環合成苯胺鐠方法如下:
1、以苯為原料,選擇適當的胺化劑和氧化劑在一定的條件下一步直接合成苯胺,不但減少了中間產物和副產物的生成,而且提高了反應的原子利用率,副產物氫或水都對環境無害,是一種符合綠色合成化學理念的新方法。
2、進行一步法合成苯胺新工藝的研究開發可望使苯胺工業朝著簡單、清潔和綠色環保的方向發展。採用苯為起始原料,以氨水為氨基源,過氧化氫為氧化劑,在溫和條件(低溫、常壓)下研究了由苯直接氧化氨基化合成苯胺的反應。
3、由於苯環的特殊穩定性,要實現溫和條件下苯環的C—H鍵、氨中的N-H鍵、過氧化氫中的O—O鍵的同時活化或優化活化三個中的1-2個以引發反應,催化劑的選擇和制備是關鍵

⑦ 苯如何變成苯胺

先讓苯進行硝化反應,得到硝基苯。然後再鋅的酸性溶液中還原就可得到苯胺。苯胺是最重要的胺類物質之一。主要用於製造染料、葯物、樹脂,還可以用作橡膠硫化促進劑等。它本身也可作為黑色染料使用。其衍生物甲基橙可作為酸鹼滴定用的指示劑。

苯+濃硝酸→硝基苯+水(條件:50-60°C,濃硫酸催化)

硝基苯+鐵+水→苯胺+四氧化三鐵(條件:醋酸)

先製得硝基苯,然後用硝基苯制備苯胺。

(7)如何製作苯胺工業擴展閱讀:

苯胺的主要用途:

1、用於染料、醫葯、橡膠、樹脂、香料等的合成。

2、苯胺是染料工業中十分重要的中間體之一,在染料工業中可用於製造酸性墨水藍G、酸性媒介BS、酸性嫩黃、直接橙S、直接桃紅、靛藍、分散黃棕、陽離子桃紅FG和活性艷紅X-SB等。

在有機顏料方面有用於製造金光紅、金光紅G、大紅粉、酚菁紅、等在印染工業中用於染料苯胺黑;在農葯工業中用於生產許多殺蟲劑、殺菌劑如DDV等;苯胺是橡膠助劑的重要原料,用於製造防老劑、促進劑等;同時也是生產香料、塑料、清漆、膠片等的中間體。

⑧ 乙醯苯胺的制備採用了哪些措施來提高乙醯苯胺的產率

1、加入冰醋酸使之與苯胺反應最慢易於控制

2、增加乙酸的用量減少可逆反應,得到較高產率

3、保持沸騰不斷除去生成的水,有效的使平衡向正方向移動

4、為防止苯胺被氧化加入鋅

為了讓生成的水蒸出,而又盡可能地讓沸點接近的醋酸(b.p117.9)少蒸出來,本實驗採用較長的分餾柱進行分餾且控制分餾柱頂溫度在 105℃左右,若高於此溫度則會造成反應原料醋酸的損失。

(8)如何製作苯胺工業擴展閱讀:

乙醯苯胺是磺胺類葯物的原料,可用作止痛劑、退熱劑和防腐劑。用來製造染料中間體對硝基乙醯苯胺、對硝基苯胺和對苯二胺。在第二次世界大戰的時候大量用於製造對乙醯氨基苯磺醯氯。乙醯苯胺也用於制硫代乙醯胺。在工業上可作橡膠硫化促進劑、纖維脂塗料的穩定劑、過氧化氫的穩定劑,以及用於合成樟腦等。

⑨ 乙醯苯胺的工業制備方法是什麼呀

通過加熱乙酸和苯胺的混合物6--8H來生產

⑩ 聚苯胺的合成

常用的聚苯胺合成方法有化學氧化合成與電化學合成。化學氧化合成法適宜大批量合成聚苯胺,易於進行工業化生產;電化學合成法適宜小批量合成特種性能聚苯胺,多用於科學研究。 化學氧化法通常是在酸性介質中,採用水溶性引發劑引發單體發生氧化聚合。合成主要受反應介質酸種類及濃度、氧化劑種類及濃度、苯胺單體濃度、反應溫度和反應時間等的影響。所用的引發劑主要有(NH4)2SO8、K2Cr2O7、KIO3、FeCl3、FeCl4、H2O2、Ce(SO4)2、MnO2、BPO(過氧化苯甲醯),其中(NH4)2SO8由於不含金屬離子,氧化能力強,後處理方便,是最常用的氧化劑。也有用(NH4)2S2O8和碳酸酯類過氧化物組成復合氧化劑。而以Fe2+為催化劑和H2O2為氧化劑可合成高溶解性的聚苯胺。

聚苯胺聚合反應歷程圖冊參考資料。
聚苯胺在酸性介質中合成的同時可能被摻雜。鹽酸摻雜雖然可使聚苯胺獲得較高的導電率,但由於HCl易揮發,容易發生去摻雜;而用H2SO4、HClO4等非揮發性的質子酸摻雜時,在真空乾燥下它們會殘留在聚苯胺的表面,影響產品的質量。從應用的角度考慮,有機質子酸摻雜的聚苯胺具有更廣闊的應用前景,十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸、樟腦磺酸、萘磺酸以及2,4-二硝基萘酚-7-磺酸(NONSA)等作為酸性介質的同時又可作為摻雜劑,可獲得功能質子酸摻雜的聚合物。這是提高摻雜態聚苯胺穩定性和溶解性的重要手段之一。
化學氧化法所得到的高分子溶液可通過流涎法來制備大面積自撐膜,適用於制備大構件元件和進行結構剪裁,並可通過選用合適的氧化還原劑來調節氧化態。常用的化學聚合方法主要有溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、模板聚合和酶催化法等。不使用模板的方法也可以叫自組裝法(self-assembled method, SAM)。
溶液聚合
通常採用鹽酸、硫酸或高氯酸水溶液為介質,將引發劑溶液緩慢滴入單體溶液中引發聚合,產物易於純化;缺點是聚合過程影響因素多,分子量分布較寬,所得產品在導電率、溶解性以及熔融加工性等方面均有缺陷。一般溶液法合成路線為:取定量的苯胺單體滴入鹽酸稀溶液,再向其中緩慢滴入引發劑,如要求較高質量可通N2保護,低溫攪拌,反應結束後直接過濾、洗滌、乾燥後即得聚苯胺產品。
非均相聚合
非均相聚合通常是先將反應單體分散在水溶液中並利用機械攪拌或超聲波振盪等方法,使單體形成具有一定直徑的液滴,再利用表面活性劑改性,使形成的液滴能穩定懸浮分散於溶液中。鏈反應引發劑通常溶解於連續相中,而聚合反應則被限制在液滴中進行,從而實現對產物尺寸和形貌的控制。非均相聚合法可分為乳液聚合、膠束聚合、懸浮聚合、分散聚合和溶膠-凝膠聚合等。根據乳液滴或懸浮微粒的尺寸,又可分為乳液聚合、微乳液聚合、懸浮聚合和微懸浮聚合。
乳液聚合
乳液聚合能獲得較大分子量,聚合過程中使用較低的氧化劑(引發劑)用量,優點在於聚合熱有效分散於水相,避免局部過熱,體系黏度變化小,而且其溶解性、分子量、熱穩定性及結晶形態方面的性能都明顯優於溶液聚合;但乳液聚合體系中乳化劑的濃度大,不易完全去除,給產物的純化不利,並且需要大量的有機溶劑和沉澱劑,制備成本較高。經典乳液聚合法為:採用十二烷基苯磺酸(DBSA)作為乳化劑,同時加入水、二甲苯及苯胺,加入過硫酸銨引發反應,反應一定時間加入丙酮使PAn/DBSA 沉澱,洗滌、乾燥即可得到聚苯胺產物。多用十二烷基苯磺酸是因為它在反應體系中既是乳化劑又能提供酸性條件,還會以摻雜酸進入聚苯胺分子。
微乳液聚合
微乳液是一種外觀透明或半透明、低黏度的熱力學穩定體系,其分散液滴小於100nm。可分成反相微乳液(W/O)、雙連續相微乳液和正相微乳液(O/W,其實正向乳液聚合就是一般意義上的乳液聚合,但因為在微乳液中反相聚合用的較多,正相反而顯得另類)。尤其是反相微乳液聚合已經越來越多地用於制備聚苯胺納米粒子,其粒徑可達10nm,而且分布較均一。反相微乳液聚合中的水油比是制備的關鍵的因素,能影響到粒子的大小和形態。一般隨水油比的增大,納米粒子直徑逐漸增大。
微乳液聚合被認為是最理想的聚苯胺合成方法之一。該法反應條件容易控制、產物粒徑均勻,而且因其粒徑都在納米級別,從而使產物具有了納米粒子的特性。所得聚苯胺產物的電導率、產率和溶解性均有提高,且其鏈結構規整性好、結晶度高。
反相微乳液聚合制備的聚苯胺粒徑小,導電性和結晶度也較好。但有時其粒子形狀會發生從球形到針形乃至薄片形的轉化。合成聚苯胺方法為:向HCl溶液中加入過硫酸銨、SDBA、丁醇(助乳化劑),這樣的混合液一經攪拌很容易配成透明的微乳液,接著往上述乳液中滴加一定量的苯胺單體,在室溫下持續攪拌反應24 h,破乳即得聚苯胺。
與反相微乳液不同,利用O/W微乳液(正相微乳液)制備納米粒子的例子並不多。這種方法可以得到分散在水相中的憎水高分子納米顆粒,其優點是快速聚合和可以形成分子量很高的聚合物。在O/W微乳液體系中乳化劑及助乳化劑的濃度很高,水溶性引發劑存在於水連續相中,苯胺單體濃度很低,主要被增溶於微乳液液滴內,極少量存在於水連續相中。在微乳液聚合過程中,溶解於水中的活性基團會迅速被膠束中的單體捕捉而引發聚合。因膠束數量很大,故聚合反應速率很快。典型的聚苯胺正相微乳液聚合過程為:將苯胺、十二烷基硫酸鈉和鹽酸攪拌混合,滴加APS溶液,整個聚合過程應控制在20℃,反應持續12 h後,破乳即可。有報道電導率達9.1S/cm。
模板聚合
具有特殊形貌與功能的聚苯胺的設計與合成一直是聚苯胺研究的熱點之一。所採用的主要是模板聚合法。這也是最有效、最簡便的制備納米結構的方法之一。在反應體系中加入沸石、多孔膜、多孔氧化鋁膜等作為模板,使聚合反應發生在模板孔洞中實現結構有序排列的方法叫做硬模板合成,它可以通過調節模板孔洞尺寸來改變產物的直徑及長度,可控性較好,但由於需要分離模板以及在分離時可能會破壞高分子結構或形成額外的共聚結構而限制了其應用。
採用模板法合成聚苯胺納米材料的一般步驟為:先將模板(多孔氧化鋁膜、沸石和多孔膜等)浸入溶有苯胺單體的酸性溶液中,再通過氧化劑(APS和KPS等)、電極電位或其他方式引發聚合鏈反應。反應進行一段時間後,模板的孔徑中會生成直徑略小的聚苯胺納米材料。模板法的優點是產物的形貌和尺寸易於控制,有效地防止了分子鏈間的相互作用、交聯以及結構缺陷的產生。用做聚苯胺合成的模板主要是膠束和反膠束。膠束聚合多採用陰離子型表面活性劑,尤其是能自摻雜的表面活性劑,但產品粒度不均,導電率也相對較低。研究表明反應物在膠束中的位置是影響反應速率、選擇性以及產率的重要因素之一,而苯胺的聚合發生在膠束/水的界面上,生成的聚苯胺顆粒以靜電斥力吸附或嵌入表面活性劑分子而得以穩定。
模板聚合的優勢之一在於有可能合成結構單一的聚苯胺,即所謂的模板導向聚合,在反應體系中加入聚陰離子電解質,在反應過程中,模板在促使苯胺單體對位取代以保證獲得頭-尾聚合的同時,為聚苯胺的摻雜提供補償離子和使聚苯胺具有水溶性。這也叫做軟模板合成或自組裝方法。用作軟模板的有表面活性劑和有機摻雜劑,其原理是可在水溶液中自組裝成具有特定形貌的有序結構,但是該方法在需要使用結構相對復雜、體積相對龐大的特殊功能性摻雜劑,可能會影響產物的結構及性能,且不利於大規模的合成。
有一個較新的趨勢是使用酶,主要用過氧化氫酶(辣根過氧化氫酶,horseradish peroxidase,HRP)來催化過氧化氫的分解,利用過氧化氫氧化使苯胺聚合。但由於聚合是在水體系中進行,而聚苯胺不溶於水,因此很快會從水中析出,導致僅能得到分子量很低的寡聚體。其他可作為酶催化的模板有聚苯乙烯磺酸鈉(SPS)和聚乙烯磺酸鈉(PVS)等。
模板合成麻煩之處在於需要用鹼液等試劑移除模板,模板的溶解會導致孔徑中的納米材料因失去支撐而團聚,而且鹼性環境會導致聚苯胺解摻雜,改變產物的原有形貌。有人嘗試選取萘磺酸(NSA)作為模板,因為NSA在作為模板的同時又作為摻雜劑進入反應產物中,並不需要在反應結束後除去。還有人使用陽極氧化鋁(AAO)作為模板,在其孔隙中合成的聚苯胺納米纖維具有良好的取向性、規整度和力學性能。這主要是由於AAO的孔隙是定位取向的,聚苯胺沿著孔壁生成所致。
界面聚合
2003年首先採用此法合成了聚苯胺納米纖維。界面聚合(interfacial polymerization)利用油/水界面將苯胺與氧化劑分離,苯胺單體溶解於有機相中(如CCl4,CS2,苯和甲苯等),氧化劑和摻雜酸(如:HCl,HNO3和H2SO4等)溶解於水相中,二者在相界面接觸並發生氧化反應。隨著反應的進行,在相界面處,反應物濃度不斷降低,促使未反應的苯胺和氧化劑由於濃度差而不斷擴散至相界面,從而保證反應的連續進行,直至反應物消耗完畢。兩相界面既是苯胺與氧化劑的接觸面又是反應面,從而控制了聚合反應發生的劇烈程度,避免了苯胺的過度氧化和二次生長,有利於規整形貌的聚苯胺的合成。界面聚合的優點包括:產物的合成和純化較為簡便,無需移除模板;產物形貌規整,一致性很高;聚合反應的規模可控,重現性好。
在界面聚合過程中,通過加入一定量的表面活性劑,可以控制合成的聚苯胺纖維的直徑,而加入乳化劑可有效減少有機溶劑的用量,提高/油/水兩相界面面積,縮短聚合反應時間。
有人把界面聚合和傳統化學聚合相結合,提出了直接混合法(rapid mixing method, RMM)。反應在室溫下進行,且不控制反應溫度。以摻雜酸溶液作為溶劑,將苯胺和氧化劑分別配成溶液後在室溫下迅速混合,靜置反應一定時間,反應液經純化處理後,即可得到產物。
種子聚合
種子聚合法是以一定形貌的晶種作為結構引導劑,使得單體在聚合的過程中,PAn 形貌的形成朝著晶種的形貌生長。在晶種法中,以纖維狀聚苯胺/無機NCs為例,少量的無機納米纖維如單層碳納米管束、V2O5的納米纖維等作為種子,採用種子聚合法合成了PAn納米復合纖維。核殼粒子的形貌由晶種粒子的形貌和HCl與苯胺單體的比決定;在強酸性介質中用親水晶種顆粒種子聚合苯胺制備了覆盆子結構的顆粒,而在中性介質中用疏水晶種顆粒種子聚合了表面平滑的顆粒。 在電場作用下使電解液中的單體在惰性電極表面發生氧化聚合,其優點是能直接獲得與電極基體結合力較強的高分子薄膜,並可通過電位控制聚合物的性質,也可直接進行原位電學或光學測定。在含苯胺的電解質溶液中,選擇適當的電化學條件,使苯胺在陽極上發生氧化聚合反應,生成黏附或沉積於於電極表面的聚苯胺薄膜或粉末。操作過程為:氨與氫氟酸反應製得電解質溶液,以鉑絲為對電極,鉑微盤電極為工作電極,Cu/CuF2為參比電極,在含電解質和苯胺的電解池中,以循環伏安法進行電化學聚合,反應一段時間後,聚苯胺便吸附在電極上,形成薄膜。與化學聚合法相比,電化學方法操作簡便,聚合和摻雜同時進行;可通過改變聚合電勢和電量控制聚苯胺膜的氧化態和厚度;所得產物無需分離步驟。
不同環境下電化學聚合機理圖冊參考資料。
電化學法包括循環伏安法、恆電流法、恆電勢法、脈沖電流法等。其中,循環伏安法製得的聚苯胺膜質地均勻、導電性良好、氧化還原可逆性優良、膜厚易控制以及膜與基體結合牢固、可獲得自支撐膜,應用最為廣泛。聚合體系多為三電極系統,主要由電解液、工作電極、對電極、參比電極和電化學工作站組成。常用的工作電極為鉑片、陽極鋁氧化物和銦錫氧化物玻璃(ITO)等,對電極多採用鉑電極,而參比電極為飽和甘汞電極或標准Ag/AgCl電極等。電極材料、電極電位、電解質溶液的pH值及其種類對苯胺的聚合都有一定的影響。其中,電解質陰離子對苯胺陽極聚合速度有較大影響,聚合速度順序為H2SO4>H3PO4>HClO4,但所得聚苯胺結構基本相似。
苯胺在電化學聚合時顏色根據外界有所變化,在酸性溶液中是藍色的,而在鹼性溶液中陽極氧化時生成深黃色的物質。
電化學聚合中反應選擇性差,因為單體的氧化電位一般比所得高分子的可逆氧化還原電位高,因此在聚合過程中可能出現聚合物鏈的過氧化;單體聚合活性中心的選擇性較差,幾乎所有電化學聚合都存在不同程度的交聯;反應完成後從電極表面轉移聚苯胺的過程有可能導致產物形貌發生變化。此外,電化學聚合受電極面積制約,不利於大規模生產,所得產物的可加工性差、批量小。 輻射合成法是通過光能或其他射線引發苯胺單體聚合。該法合成的聚苯胺形貌受輻射源的波長、照射面積和輻射形狀等因素的影響。採用紫外輻射時易得到球型形貌,而採用可見光輻射時產物則傾向於纖維形貌。
聲化學聚合法與化學氧化法類似,區別在於聲化學聚合法在滴加APS到ANI溶液中引發鏈反應時,利用超聲波振盪使混合溶液充分分散並發生聚合反應。 由於苯胺的化學聚合速度很快,很難跟蹤和分離中間產物,而電化學聚合相對較易控制和跟蹤觀察,所以聚苯胺早期機理的研究主要建立在電化學的基礎上。一般認為苯胺的聚合是一種介於典型逐步增長與典型自由基鏈增長之間的聚合反應。由於苯胺的氧化電位遠高於二聚體,苯胺單體氧化形成二聚體是聚合反應的控制步驟;二聚體形成後,立即氧化成陽離子自由基,進一步氧化脫氫芳構化而生成三聚體;這樣重復親電取代-芳構化過程,即可使鏈增長持續進行。不過有人提出苯胺氧化到二聚體的形成並不是聚合反應中的最慢步驟,只是表現出需要最高的電化學氧化電位。速率的決定步驟是與體系平衡電位由0.40V上升到0.78V的聚合階段相關。
Nicolas-Debarnot 提出的苯胺化學聚合過程圖冊參考資料。
有人認為苯胺氧化聚合是按類似於縮聚反應的歷程進行,即各種陽離子自由基間縮合形成聚合物。首先苯胺氮原子失去一個電子形成自由基陽離子,與pH值大小無關;這是速率決定步驟,可通過氧化劑來加速,隨後的反應便是自動加速的。陽離子自由基存在三種共振形式,其中形式取代基誘導效應最強而位阻最弱,因此反應性最強;接著自由基陽離子在酸性介質中發生「頭-尾」偶合反應,從而形成二聚體,二聚體氧化形成新的自由基陽離子,再與單體陽離子自由基或二聚體陽離子自由基反應形成三聚體或四聚體;繼續進行縮合反應形成聚合物。
酸性溶液中製得的聚苯胺一般為墨綠色,具有較高的導電性、電化學活性和穩定性。研究表明苯胺在酸性溶液中的聚合是通過頭-尾偶合,即通過N原子和芳環上的C-4位的碳原子間的偶合,從而形成分子長鏈。而一旦反應中間體被氧化,則整個聚合反應停止。
苯胺在鹼性溶液中陽極氧化時生成深黃色的物質。苯胺在鹼性溶液中氧化時生成兩種可溶性中間物,其氧化機理可能為形成的自由基在鹼性溶液中不穩定,很容易失去一個質子形成新自由基,後者在 1.1 V左右進一步氧化帶正電荷的可溶性中間物並在電極上發生聚合,還有少部分在傳遞過程中分解。 反應溫度對聚苯胺的電導率影響不是很大,在低溫下(冰水浴)聚合有利於提高聚苯胺的分子量並獲得分子量分布較窄的產物。在過硫酸銨體系中,在一定溫度范圍內,隨著反應體系溫度升高,產物產率增加。不過苯胺聚合是放熱反應,且聚合過程有一個自加速過程。如果單體濃度過高會發生暴聚。
在一定范圍內,隨著氧化劑用量的增加,高分子產率和電導率也增加。當氧化劑用量過多時,體系活性中心相對較多,不利於生成高分子量的聚苯胺,且聚苯胺的過氧化程度增加,電導率下降。
苯胺在HCl,HBr,H2SO4,HClO4,HNO3,CH3COOH,HBF4及對甲苯磺酸等介質中聚合都能得到聚苯胺,而在H2SO4,HCl,HClO4體系中可得到高電導率的聚苯胺,在HNO3,CH3COOH體系中所得到的聚苯胺為絕緣體。非揮發性的質子酸如H2SO4,HClO4最終會殘留在聚苯胺的表面,影響產品質量,最常用的介質酸是HCl。質子酸在苯胺聚合過程中的主要作用是提供質子,並保證聚合體系有足夠酸度的作用,使反應按1,4-偶聯方式發生。只有在適當的酸度條件下,苯胺的聚合才按1,4-偶聯方式發生。酸度過低,聚合按頭-尾和頭-頭兩種方式相連,得到大量偶氮副產物。當酸度過高時,又會發生芳環上的取代反應使電導率下降。當單體濃度為0.5mol.L-1時,最佳酸濃度范圍為1.0~2.0mol.L-1。

閱讀全文

與如何製作苯胺工業相關的資料

熱點內容
修車時汽車前橋有什麼用 瀏覽:76
新老款奧迪q5對比你更喜歡哪個 瀏覽:439
05年18t奧迪a6油耗多少 瀏覽:994
帝素汽車哪個品牌好 瀏覽:890
壽光到濮陽的汽車票多少錢 瀏覽:703
汽車剎車的時候響是什麼原因 瀏覽:720
寶馬m2賓士amga45哪個好 瀏覽:949
長城汽車怎麼樣質量好不好 瀏覽:175
寶馬混動和奧迪哪個好 瀏覽:111
廈門興榮工業園哪個鎮 瀏覽:47
河北賓士商務車哪裡有 瀏覽:315
奧迪前輪拖剎有哪些原因 瀏覽:934
申和瑞通汽車怎麼樣 瀏覽:1000
奧迪q3多少錢能下來 瀏覽:503
汽車燈具怎麼檢查 瀏覽:708
奧迪瀝青隔音怎麼樣 瀏覽:154
汽車碼表為什麼可以調 瀏覽:49
汽車車門拆開一般需要多久 瀏覽:522
工業空調溫度低怎麼回事 瀏覽:685
奧迪316保溫杯多少錢一箱 瀏覽:7