聚苯胺的导电性取决于聚合物的氧化程度和掺杂度，上式为聚苯胺在掺杂前 后的结构变化。当pH<4时，聚苯胺为绝缘体，导电串率与H无关：当4>pH >2时，导电率随pH增加而迅速变大，直接原因是掺杂程度提高：当pH<2时， 导电率与pH无关，聚合物呈金属特性。 本实验采用溶液法和乳液法合成聚苯胺，经盐酸掺杂后得到导电材料，并采 用简单的方法观察其导电性 三、化学试剂和仪器 化学试剂：36%浓盐酸，苯胺，过硫酸铵，对甲苯磺酸，二甲苯，丙酮。 仪器设备：三口圆底烧瓶，平衡滴液漏斗，电磁搅拌器，油压机，烧杯，漏 斗，水泵，抽滤瓶，滤纸，真空恒温干燥箱。 四、实验步骤 1.溶液聚合法 ①用36%浓盐酸和蒸馏水配制成2.0mo/L盐酸溶液，取50mL稀盐酸并加入 0.5g苯胺(0.05mol)搅拌溶液，配制成盐酸苯胺溶液。 ②取11.4g过硫酸铵(0.05mol)溶解于25mL蒸馏水中配制成过硫酸铵溶液 ③在电磁搅拌下于5℃用滴液漏斗将过硫酸铵溶液滴加到盐酸苯胺溶液，在 25min加入完毕，继续反应1h。 ④结束反应，反应混合物减压过滤，并用蒸馏水洗涤数次，最后用2.0moL 盐酸溶液浸泡2h进行掺杂。 ⑤过滤，干燥至衡重。计算收率。 真空千燥器 ☐电磁模器 图1溶液法聚合聚苯胺实验装置 2.乳液聚合法 6
6 聚苯胺的导电性取决于聚合物的氧化程度和掺杂度，上式为聚苯胺在掺杂前 后的结构变化。当 pH＜4 时，聚苯胺为绝缘体，导电串率与 pH 无关；当 4＞pH ＞2 时，导电率随 pH 增加而迅速变大，直接原因是掺杂程度提高；当 pH＜2 时， 导电率与 pH 无关，聚合物呈金属特性。 本实验采用溶液法和乳液法合成聚苯胺，经盐酸掺杂后得到导电材料，并采 用简单的方法观察其导电性。 三、化学试剂和仪器 化学试剂：36％浓盐酸，苯胺，过硫酸铵，对甲苯磺酸，二甲苯，丙酮。 仪器设备：三口圆底烧瓶，平衡滴液漏斗，电磁搅拌器，油压机，烧杯，漏 斗，水泵，抽滤瓶，滤纸，真空恒温干燥箱。 四、 实验步骤 1．溶液聚合法 ① 用 36%浓盐酸和蒸馏水配制成 2.0mol/ L 盐酸溶液，取 50mL 稀盐酸并加入 0.5g 苯胺（0.05mol）搅拌溶液，配制成盐酸苯胺溶液。 ② 取 11.4g 过硫酸铵（0.05mol）溶解于 25mL 蒸馏水中配制成过硫酸铵溶液。 ③ 在电磁搅拌下于 5℃用滴液漏斗将过硫酸铵溶液滴加到盐酸苯胺溶液，在 25min 加入完毕，继续反应 1h。 ④ 结束反应，反应混合物减压过滤，并用蒸馏水洗涤数次，最后用 2.0mol/L 盐酸溶液浸泡 2h 进行掺杂。 ⑤ 过滤，干燥至衡重。计算收率。 图 1 溶液法聚合聚苯胺实验装置 2．乳液聚合法
①取0.95g对甲苯磺酸，加20mL水和5mL二甲苯，放入冰水浴中，机械搅 拌使混合物乳化。 ②加入0.5mL苯胺，保持温度0℃，10min后滴加10mL的过硫酸铵(1.19g)水 溶液，此时乳液逐渐由乳白色转变成黄绿色。 ③继续搅拌1.5h后转变成墨绿色。 ④静置，将反应乳液倒入丙酮中破乳，抽滤，用蒸馏水洗涤至滤液无色 ⑤真空干燥，计算收率。 B/( 图2乳液法聚合聚苯胺实验装置 五、分析与思考 1,聚苯胺的制备中，为什么采用慢慢滴加过硫酸胺溶液的方法？ 2.如何将本征态的聚苯胺转变成掺杂态的聚合物？ 3.影响聚苯胺导电性的主要因素？ 4.电子导电体应具有怎样的结构？为使其能导电，还需要采取怎样的措施？ 5.设计一个小装置，比较聚苯胺和常规聚合物的导电性
7 ① 取 0.95g 对甲苯磺酸，加 20mL 水和 5mL 二甲苯，放入冰水浴中，机械搅 拌使混合物乳化。 ② 加入0.5mL苯胺，保持温度0℃，10min后滴加10mL的过硫酸铵 (1.19g) 水 溶液，此时乳液逐渐由乳白色转变成黄绿色。 ③ 继续搅拌 1.5h 后转变成墨绿色。 ④ 静置，将反应乳液倒入丙酮中破乳，抽滤，用蒸馏水洗涤至滤液无色。 ⑤ 真空干燥，计算收率。 图 2 乳液法聚合聚苯胺实验装置 五、 分析与思考 1．聚苯胺的制备中，为什么采用慢慢滴加过硫酸胺溶液的方法？ 2．如何将本征态的聚苯胺转变成掺杂态的聚合物？ 3．影响聚苯胺导电性的主要因素？ 4. 电子导电体应具有怎样的结构？为使其能导电，还需要采取怎样的措施？ 5. 设计一个小装置，比较聚苯胺和常规聚合物的导电性
实验二 超高吸水性丙烯酸树脂的制备 一、实验目的 了解一种功能性聚合物一超高吸水性树脂。 掌握以山梨醇为交联剂制备超高吸水性树脂的原理和实验方法。 二、实验原理 超强吸水剂(ASP)是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材 料，在农业上通常称为保水剂，有较广泛的应用。超强吸水剂与传统的吸水材料 如海绵、脱脂棉、纤维素、硅胶相比，ASP具有一些显著优点，其一，超强吸水 剂吸水能力高，可达自身重量的几百甚至几千倍，而传统的吸水性材料如纸、棉、 泡沫塑料等只能吸收自重的10~20倍水：其二，保水能力强，即使受压力也不易 失水：其三，ASP具有高分子材料的一般性能，且性能可调，易于加工。 高吸水性树脂的研究与开发只有几十年的历史。第一代超强吸水剂在20世纪 50年代后期开发出来，主要基于羟基烷基甲基丙烯酸及其相关单体的聚合物，其 溶胀能力在40%~50%之间-，主要用于医学眼科接触透镜。由于这类材料具有广阔 的应用前景，而日益受到人们的重视，合成了一系列具有超高吸水性能的材料， 其吸水可达自重的几百倍乃至上千倍。这些材料可以作为工业用脱水剂和增稠剂 用作纸尿片等卫生材料，微生物营养基、吸湿涂料，以及用于农业和园艺栽培上 的土壤保持等。 制备超高吸水性材料，通常是将一些水溶性高分子，如聚丙烯酸、聚乙烯醇、 聚丙烯酰胺等进行交联而得。吸水性材料属高分子电解质。它是以水溶性丙烯单 体为主体进行聚合，得到水溶性骨架，再通过分子链间的交联形成空间网络交联 结构，在交联的网状结构上有许多羧基、羟基等亲水基团。吸水性材料的吸水是 由于高分子电解质的离子排斥所引起的分子扩张和网络结构引起阻碍分子扩张相 互作用所产生的结果。当吸水剂与水接触时，其分子表面的亲水基团电离并与水 分子结合成氢键，通过这种方式吸收大量的水分。 0的四 H,0 在这一过程中，网链上的电解质使得网络中的电解质溶液与外部分子之间产 生渗透势差，在这一渗透势差的作用下，外部水分不断的进入分子内部：网络上 的离子遇水电解，正离子呈游离状态，而负离子基团仍固定在网链上，相邻负离
8 实验二 超高吸水性丙烯酸树脂的制备 一、实验目的 了解一种功能性聚合物—超高吸水性树脂。 掌握以山梨醇为交联剂制备超高吸水性树脂的原理和实验方法。 二、实验原理 超强吸水剂（ASP）是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材 料，在农业上通常称为保水剂，有较广泛的应用。超强吸水剂与传统的吸水材料 如海绵、脱脂棉、纤维素、硅胶相比，ASP 具有一些显著优点，其一，超强吸水 剂吸水能力高，可达自身重量的几百甚至几千倍，而传统的吸水性材料如纸、棉、 泡沫塑料等只能吸收自重的 10～20 倍水；其二，保水能力强，即使受压力也不易 失水；其三，ASP 具有高分子材料的一般性能，且性能可调，易于加工。 高吸水性树脂的研究与开发只有几十年的历史。第一代超强吸水剂在 20 世纪 50 年代后期开发出来，主要基于羟基烷基甲基丙烯酸及其相关单体的聚合物，其 溶胀能力在 40%~50%之间-，主要用于医学眼科接触透镜。由于这类材料具有广阔 的应用前景，而日益受到人们的重视，合成了一系列具有超高吸水性能的材料， 其吸水可达自重的几百倍乃至上千倍。这些材料可以作为工业用脱水剂和增稠剂， 用作纸尿片等卫生材料，微生物营养基、吸湿涂料，以及用于农业和园艺栽培上 的土壤保持等。 制备超高吸水性材料，通常是将一些水溶性高分子，如聚丙烯酸、聚乙烯醇、 聚丙烯酰胺等进行交联而得。吸水性材料属高分子电解质。它是以水溶性丙烯单 体为主体进行聚合，得到水溶性骨架，再通过分子链间的交联形成空间网络交联 结构，在交联的网状结构上有许多羧基、羟基等亲水基团。吸水性材料的吸水是 由于高分子电解质的离子排斥所引起的分子扩张和网络结构引起阻碍分子扩张相 互作用所产生的结果。当吸水剂与水接触时，其分子表面的亲水基团电离并与水 分子结合成氢键，通过这种方式吸收大量的水分。 在这一过程中，网链上的电解质使得网络中的电解质溶液与外部分子之间产 生渗透势差，在这一渗透势差的作用下，外部水分不断的进入分子内部；网络上 的离子遇水电解，正离子呈游离状态，而负离子基团仍固定在网链上，相邻负离
子产生斥力，引起高分子网络结构的膨胀，在分子网络结构的网眼内进入大量的 水分子。由于交联作用，树脂在水中发生溶胀，而不会发生溶解，形成凝胶，并 在很长时间内保持足够的强度。当凝胶中的水分释放殆尽后，只要分子链没有被 破坏，它的吸水能力仍可部分恢复。交联剂的性质和用量，对最终产物的吸水能 力影响很大。用量少时部分聚合物会溶于水，而用量过多则会使交联度过大，溶 胀度降低，二者都会使吸水能力降低。 在土壤中的吸水剂与士壤中的颗粒发生作用，特别是吸附作用。由于粘土微 粒表面呈负电性，在保水剂分子链上引入一定量的有机阳离子基团，强化它与土 壤微粒间的吸附作用，可以使土壤的水化、膨胀和分散作用被抑制，从而防止水 土流失。 三、化学试剂和仪器 化学试剂：丙烯酸：山梨醇：甲醇：氢氧化钠：过硫酸铵： 仪器设备：自制广口聚合瓶（或三口圆底烧瓶），电子天平，玻璃棒，药匙，大烧 杯，量简，DF-Ⅱ集热式磁力加热搅拌器，真空恒温干燥箱。 四、实验步骤 ①将5.06 gNaOH溶于13.68g水中，充分溶解备用。 ②将盛有12.5g丙烯酸的烧杯置于冰水浴中冷却，在搅拌下慢慢滴入已配好的 NaOH溶液，并中和到75%，冷却至室温。 ③再加入山梨醇0.5g搅拌溶解。 ④将混合液倒入自制广口聚合瓶，通N2驱氧，用带有磁力搅拌的恒温油浴加 热，并开动搅拌，待温度升至40℃后，维持在该温度。 ⑤然后加入过硫酸铵0.06g:并充分搅拌。 ⑥聚合0.5h后，停止反应，冷却至室温，再将产物用甲醇洗涤，然后在50℃ 的真空恒温干燥箱中干燥，至恒重。 电磁珠器 图3溶液法聚合超高吸水树脂实验装置 9
9 子产生斥力，引起高分子网络结构的膨胀，在分子网络结构的网眼内进入大量的 水分子。由于交联作用，树脂在水中发生溶胀，而不会发生溶解，形成凝胶，并 在很长时间内保持足够的强度。当凝胶中的水分释放殆尽后，只要分子链没有被 破坏，它的吸水能力仍可部分恢复。交联剂的性质和用量，对最终产物的吸水能 力影响很大。用量少时部分聚合物会溶于水，而用量过多则会使交联度过大，溶 胀度降低，二者都会使吸水能力降低。 在土壤中的吸水剂与土壤中的颗粒发生作用，特别是吸附作用。由于粘土微 粒表面呈负电性，在保水剂分子链上引入一定量的有机阳离子基团，强化它与土 壤微粒间的吸附作用，可以使土壤的水化、膨胀和分散作用被抑制，从而防止水 土流失。 三、化学试剂和仪器 化学试剂：丙烯酸；山梨醇；甲醇；氢氧化钠；过硫酸铵； 仪器设备：自制广口聚合瓶（或三口圆底烧瓶），电子天平，玻璃棒，药匙，大烧 杯，量筒，DF-Ⅱ集热式磁力加热搅拌器，真空恒温干燥箱。 四、实验步骤 ①将 5.06gNaOH 溶于 13.68g 水中，充分溶解备用。 ②将盛有 12.5g 丙烯酸的烧杯置于冰水浴中冷却，在搅拌下慢慢滴入已配好的 NaOH 溶液，并中和到 75%，冷却至室温。 ③再加入山梨醇 0.5g 搅拌溶解。 ④将混合液倒入自制广口聚合瓶，通 N2 驱氧，用带有磁力搅拌的恒温油浴加 热，并开动搅拌，待温度升至 40℃后，维持在该温度。 ⑤然后加入过硫酸铵 0.06g，并充分搅拌。 ⑥聚合 0.5h 后，停止反应，冷却至室温，再将产物用甲醇洗涤，然后在 50℃ 的真空恒温干燥箱中干燥，至恒重。 图 3 溶液法聚合超高吸水树脂实验装置
五、分析与思考 1.分析影响最终聚合产物的吸水力的主要因素。 2.超高吸水性材料是如何防止水土流失？ 3.超强吸水剂的吸水机理。 4.超强吸水剂与传统的吸水材料海绵相比具有哪些优点？ 5.实验过程应该注意的事项有哪些？ 10
10 五、分析与思考 1. 分析影响最终聚合产物的吸水力的主要因素。 2. 超高吸水性材料是如何防止水土流失？ 3. 超强吸水剂的吸水机理。 4. 超强吸水剂与传统的吸水材料海绵相比具有哪些优点？ 5. 实验过程应该注意的事项有哪些？