Полимеризация анилина в присутствии полимерных сульфокислот, структура и свойства образующегося полианилина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.06, кандидат химических наук Гусева, Марина Александровна

• Гусева, Марина Александровна
• кандидат химических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат химических наук Гусева, Марина Александровна

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

2.1. Методы синтеза полианилина.

2.1.1. Химический синтез полианилина.

2.1.2. Электрохимический синтез полиаинилина.

2.1.3. Механизм полимеризации полианилина.

2.2. Химическая структура и электронное строение полианилина.

2.3. Электронные спектры полианилина.

2.4 Влияние природы протонирующих веществ на свойства полианилина

2.5. Производные полианилина.

2.6. Применение полианилина.

2.6.1. Формирование покрытий из полианилина.

2.6.2. Покрытия из полианилина в качестве электронных устройств.

2.6.3. Формирование слоев из полианилина на носителях.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Использованные вещества и материалы.

3.2. Методика синтеза.

3.3. Спектральные измерения.

3.4. Получение полианилин-содержащих сорбентов на различных носителях.

3.4.1. Исходные вещества и материалы.

3.4.2. Аппаратурное оформление.

3.4.3. Методика синтеза сорбента.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

4.1. Полимеризация анилина в присутствии гомополимеров, содержащих сульфокислотные группы.

4.2. Протонирование анилина сополиамидами, содержащими сульфокислотные группы.

4.3. Применение полианилина для модификации сорбентов, применяемых для разделения биологических объектов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Полимеризация анилина в присутствии полимерных сульфокислот, структура и свойства образующегося полианилина»

Одним из актуальных направлений развития химии и физики высокомолекулярных соединений последних десятилетий являются исследования в области проводящих полимеров, в которых сочетается комплекс необычных физико-химических свойств, обусловливающих широкие возможности их применения. Среди этих полимеров одним из наиболее перспективных является полианилин (ПАНИ). В настоящее время этот полимер занимает лидирующее положение по числу публикаций, связанных как с исследованием его структуры и свойств, так и возможностями практического применения в качестве электропроводящих и противокоррозионных пленочных покрытий, различного типа электрохромных и электролюминесцентных устройств и других электронных приборов.

Проводящие полимеры являются большой группой органических и неорганических электрических проводников. В начале 70-х годов 20 века было известно уже большое число проводящих соединений, состоящих из циклических сопряженных я-электронных систем. Первые исследования проводящих полимеров были выполнены на полиацетилене [1]. Проводимость этого полимера, полученного Ширакава в 1975 г., была относительно низкой: у цис-полиацетилина 10"8 См/см и у трансл полиацетилена - 10" См/см. Позже МакДиармид и Хиггер показали, что допирование цис-полиацетилена йодом приводит к увеличению проводимости до 1011 См/см. Найденная ими высокая проводимость открыла область "полимерной электроники". В 80-х гг. 20 века началось интенсивное изучение других полимеров, входящих в группу проводящих полимеров, таких как полипиррол, политиофен, ПАНИ, полифениленвинилен и их производные.

О существовании ПАНИ известно уже более 150 лет, впервые он был получен Рунге в 1834 г. В 1862 г. Летеби [2] при анодном окислении анилина на платиновом электроде в водном растворе серной кислоты наблюдал образование пленки темно-зеленого цвета. В 1910 г. была дана современная классификация ПАНИ по различным степеням окисления [3] и предпринята попытка анализа продуктов окисления анилина, названных "анилиновыми черными" [4]. За этим последовала работа Неттски, который пытался использовать продукты полимеризации анилина для окраски хлопка [5]. К первым исследованиям русских ученых в этой области следует отнести работу Хомутова и Горбачева [6], в которой обсуждаются два различных механизма электродных реакций. В последующие годы многие авторы занимались изучением продуктов химического и электрохимического окисления анилина. В 1980-х годах число публикаций об этом проводящем полимере увеличилось благодаря повышенному интересу к возможностям применения ПАНИ в электрохромных фильтрах, оптоэлектронных устройствах, химических источниках тока и т.д., его низкой стоимости и стабильности.

Интерес исследователей к матричной полимеризации анилина, нейтрализованного полимерными кислотами, обусловлен возможностью получения таким способом материалов, сочетающих специфические электрофизические и оптические свойства ПАНИ с механическими свойствами полимерных материалов.

В представленной работе исследован синтез ПАНИ в присутствии поликислот с нерегулярным распределением сульфокислотных групп вдоль цепи макромолекулы, в частности, ароматических полиамидов, содержащих сульфокислотные группы в дифенилендиаминовом фрагменте звена макромолекулы. Строение этих поликислот может предопределять не только химическую структуру, но и электронное строение образующегося ПАНИ. В таких условиях возможно образование структур, в которых макромолекулы ПАНИ являются боковыми цепями макромолекулы поликислоты либо макромолекулы ПАНИ расположены вдоль цепи поликислоты. Обе структуры предполагают реализацию электронного строения ПАНИ, которое принципиально отличается от известных. В частности, в этих структурах возможно образование комплекса с переносом заряда (КПЗ) с полосой переноса заряда в ближней ИК-области, образование плазмонов, что предполагает уникальный комплекс электрофизических, оптических и физико-механических свойств этих материалов.

Поэтому целью настоящей работы является: изучение полимеризации анилина при его протонировании полиамидами, содержащими сульфокислотные группы, и электронной структуры образующегося ПАНИ как материала со специфическими физико-механическими свойствами.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Гусева, Марина Александровна, 2006 год

1. Н. Shirakawa, A.J. Heeger, A.G. MacDiarmid, E.J.Louis // J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1977, p.579.

2. H.Letheby // J. Chem. Soc, 1862, V. 15, p. 161.

3. A.G.Green, A.E.Woodhead // J. Chem. Soc, 1910, V.97, p.2388.

4. J.Fritzsche // J. Prakt. Chem., 1940, V.20, p.453.

5. R.Niettski//Ber., 1878, V.ll,p.lO93.

6. Н.Е.Хомутов, В.Горбачев // Известия АН СССР, 1953, с.579.

7. T.Hagiwara, M.Yamaura, K.Iwata // Synth. Met., 1988, V.28, p. 195.

8. N.S.Sariciftci, H.Kuzmany, H.Neugebauer, A.Nechel // J. Chem. Phys., 1990,V.92,№7,p.i453.

9. H.S.O.Chan, S.G.Ang, Р.КЛ.Но, D.Johnson // Synth. Met., 1990, V.36,p.lO3.

10. M.Bartonek, N.S.Sariciftci, H.Kuzmany // Synth. Met., 1990, V.36, P.83.

11. A.G.MacDiaraiid, Y.Zhou, J.Feng and other // Polym. Prepr., 1999, V.40, p.246.

12. J.K.Shimano, A.G.MacDiarmid// Synth. Met, 2001, V.I 19, p.365.

13. J.P.Travers, J.Chroboczek, M.Neechttschein, C.Tsintavis and other // Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, V.121, p.l95.

14. A.J. Bard and other // J. Electrochem. Soc, 1985, V.I32, p.353.

15. K.Sasaki, M.Kaya, A.Kitani // J. Elecroanal. Chem., 1986, V.215, p.401.

16. G.Mendoli, M.T.Munari, C.Folonari // J. Elecroanal. Chem., 1981, V.124,p.237.

17. E.W.Paul, A.J.Ricco, M.S.Wrighton // J. Phys. Chem., 1981, V.89, p.1441.

18. D.Zhang, J.Hwang, S.Yang // Synth. Met., 1989, V.29, №4, E251- E256.120

19. E.M.Genies, C.Tsintavis // J. Elecroanal. Chem., 1985, V.I, p.lO9.

20. M.Breitenbach, K.N.Hecker // J. Elecroanal. Chem., 1971, V.29, p.3O8.

21. Y.Cao, A.Andreatta, A.J.Heeger // Polymer,1989, V.30, №12, p.23O5.

22. N.S.Sariciftci, H.Kuzmany // Synth. Met., 1987, V.I8, p.353.

23. Y.L.Kogan, G.I.Davidova, G.V.Gedrovich and other // Synth. Met., 1991,V.42,p.887.

24. L.T.Yu, M.S.Borredon, G.Belorgey and other // J. Polymer Sci., 1987, V.100,p.2931.

25. N.Gospodinova, P.Mokreva, L.Terlemeryan // Polymer, 1994, V.35, №14,p.31O2.

26. T.Yamamoto, H.Wakayama, T.Fulmda // J. Phys. Chem., 1996, V.I00, p.12631.

27. M.Angelopoulos, G.E.Asturias, S.P.Ermer, A.G.MacDiarmid and other //Mol. Cryst. Liq. Cryst, 1988, V.160, p.l51.

28. J.K. Avlyanova, J.Y. Josefowicz, A.G. MacDiarmid // Synth. Met., 1995,V.73,p.2O5.

29. K.Uvdal, M.Logdinad, P.Dannetun, S.Stafstrom and other // Synth. Met, 1989, V.29, E451-E456.

30. H. Huo, D.M. Wang, H.N. Cui and other // Thin Solid films, 1999, V.350,p.5.

31. D.E.Stilwell, S.M.Park // J. Elecrochem. Soc, 1989, V. 136, №2, p.427.

32. Г.Киселева, А.В.Орлов, Г.П.Карпачев // Материалы П-ой Всероссийской научио-технической конференции, г. Нальчик, 12-14июня2005г., 214.

33. S.H.Glamm, J.H.Marshall // J. Phys. Chem., 1986, V.90, p.6O76.

34. A.G.MacDiarmid // Angew. Chem. Int. Ed., 2001, V.40, p.2581.

35. R.V.Plank, Y.Wei, N.J.DiNardo, J.M.Vohs // Chem. Phys. Letters, 1996,V.263,p.33.

36. A.G.MacDiarmid, A.J.Epstein // Synth. Met., 1994, V.65, p.lO3.

37. Y.Cao, P.Smith, A.J.Heeger // Synth. Met, 1992, V.48, p.81. 121

38. D.C.Trivedi, S.K.Dhawan // Synth. Met, 1993, V.58, p309.

39. K.TZOU, R.Gregory // Synth. Met., 1993, V.53, p.365

40. O.Chauvet, S.Paschem, L.Forro, K.Kai and other // Synth. Met., 1994, V.63,p.ll5.

41. Y.Furakova// J. Phys. Chem., 1996, V.IOO, p.l5644.

42. J.Stejskal, A.Riede, J.Prokes, M.Helmsted and other // Synth. Met., 1998,V.96,p.55.

43. Z.H.Wang, H.SJavadi, A.G.MacDiarmid, A.J.Epstein // Phys. Rev., PartB, 1990,V.42,p.5411.

44. Z.H.Wang, C.Li, E.M.Seherr, A.G.MacDiarmid, A.J.Epstein // Phys. Rev., Part B, 1992, V.45, p.419O.

45. B.Beau, J.P.Travers, E.Banka // Synth. Met., 1999, V.lOl, p.7772.

46. M.Vijayan, D.C.Trivedi // Synth. Met., 1999, V.107, №1, p.57.

47. В.Р.Богатыренко, О.В.Белоногова, Л.С.Фокеева, А.В.Лебедева и др. // Нзвестия АН, серия химическая, 2002, J^2l2, с.2057.

48. S.Folch, A.Gmger, A.Regis, Ph.Colomban // Synth. Met., 1996, V.81, p.221.

49. M.Karakisla, M.Sacak, E.Erdem, U.Akbulut // J. Appl. Electrochem., 1997,V.27,p.3O9.

50. Y.H.Kim, C.Foster, J.Chiang, A.J.Heeger // Synth. Met., 1988, V.26, p.49.

51. G.E.Asturias, R.P.McCall, A.G.MacDiarmid, A.J.Epstein // Synth. Met., 1989, V.29,p.l57.

52. K.Bienkowski, J.L.Oddou, O.Homer, F.Genoud and other // Nucleonika,2003,V.48,p.3.

53. Y.Wang, M.F.Rubner // Synth. Met., 1992, V.47, p.255.

54. P.Nunziante, G.Pistota // J. Electrochem. Acta, 1989, V.34, p.223.

55. W.Zheng, A.G.MacDiarmid, A.J.Epstein // ACS, Polymer Prep., 1995, V.36,M2,p.73.122

56. S.Pruneanu, E.Veress, I.Marian, L.Onuciu // J. Mater. Sci., 1999, V.34, p.2733.

57. O.P.Dimitriev, O.M.Getsko // Synth. Met, 1999, V.I04, JVel, p.27.

58. J.Laska, J.Widlarz, J.Marszalek // Synth. Met., 2001, V. 119, p.303.

59. W.Wemet, M.Monkenbusch, G.Wegner // Macromol. Chem. Rapid. Commun., 1987, V.5,p.l57.

60. M.Yamaura, T.Hagiwara, K.Iwata // Synth. Met., 1987, V.26, p.2O9.

61. C.Bai, C.F.Zhu, G.Z.Huang, J.Yang and other // Ultramicroscopy, 1992,V.42-44,p.l079.

62. R.H.Baughman, J.F.Wolf, H.Echardt, L.W.Shackletter // Synth. Met., 1988,V.25,p.l21.

63. C.Zhu, C.Wang, L.Yang, C.Bai, F.Wang // Appl. Phys., 1999, A68, p.435.

64. P.J.Kinlen, J.Liu, Y.Ding, C.R.Graham, E.E.Remsen // Macromolecules, 1998 V.31, №6, p.l735.

65. A.J.Dominis, G.M.Spinks, L.A.P.Kane-Maguire, G.G.Wallace // Synth. Met, 2002, V.129,p.l65.

66. D.S.Lin, S.M.Yang// Synth. Met, 2001, V.I 19, p . l l l .

67. L.H.C.Mattoso, S.K.Manohar, A.G.MacDiarmid, A.J.Epstein // J. Polymer Sci., Part A, 1995, V.33, №8, p.l227.

68. J.A.Conklin, S.C.Huang, S.M.Huang and other // Macromolecules, 1995,V.28,p.6522.

69. B.C.Roy, M.D.Gupta, L.Bhowmik, J.K.Ray // Bull. Mater. Sci., 2001, V.24,Xo4,p.389.

70. S.Kuwabata, S.Masui, H.Tomiyori // Electrochem. Acta, 2000, V.46, p.91.

71. H.P.Wong, B.C.Dave, F.Leroux, L.F.Nazar and other // J. Chem. Mater., 1998, V.8,p.lO19.

72. Y.Xiao, K.A.Hu, Q.C.Yu, R.J.Wu // J. Appl. Polym. Sci., 2001, V.80, p.2162.123

73. O.Yu.Posudievsky, S.A.Biskulova, V.D.Pokhodenko // J. Mater. Chem,2004,V.14,p.l419.

74. О.Ю.Посудиевский, П.Д.Походенко // Известия АН, серия химическая, 2005, №3, с.643.

75. Y.Wang, X.Wang, J.Li, Z.Mo and other // Adv. Mater., 2001, V.13, .№13,р.1582.

76. S.C.Raghavendra, M.Revanasiddappa, S.Khasim and other // Bull. Mater. Sci, 2003, V.26, №7, p.733.

77. G.D.Nestorovic, S.M.Jovanivic, K.B.Jeremic // Serb. Chem. Soc, 2005, V.70,№ll,p.l263.

78. C.Barthet, S.P.Armes, S.F.Lascelles and other // Langmuir, 1998, V.14, p.2032.

79. H.Q.Xic, H.Liu, Z.H.Liu, J.S.Guo // Angew. Macromol. Chem., 1996, V.243,p.ll7.

80. Z.C.Sun, X.H.Wang, J.Li, J.X.Zhang and other // Synth. Met., 1999, V.102,p.l224.

81. E.Erdem, M.Sacak, M.Karakisla//Polym. Intern., 1996, V.39, p.l53.

82. M.R.Majidi, L.A.P.Kane-Maguire, G.G.Wallace // Amer. Chem. Soc. Prep., 1995,V.36,№2,p.51.

83. Y.Haba, E.Segal, M.Narkis and other // Synth. Met., 1999, V.106, p.59.

84. G.Beyer, B.Steckenbiegler // Synth. Met., 1993, V.60, p. 169.

85. J.E.Pereira da Silva, M.L.A.Temperini, S.LCordoba de Torresi // J. Мех. Chem. Soc, 2005, V.49, №2, p.84.

86. S.M.Sayyan, A.A.El-Khalek, A.A.Bahgat // Polym. Intern., 2001, V.50, p.197.

87. J.C.Scott, S.A.Carter, S.Karg, M.Angelopoulos // Synth. Met., 1997, V.85,p.ll97.

88. S.Radhakrishnan, S.D.Deshpande // Sensors, 2002, V.2, p. 185.

89. Y.RPark, C.R.Park// Synth. Met., 2001, V.I 18, p. 187.

90. Y.H.Park, M.H.Han // J. Appl. Polym. Sci., 1992, V.45, p. 1973. 124

91. L.Sun, H.Liu, R.Clark, S.C.Yang // Synth. Met., 1997, V.84, p.67.

92. L.Sun, S.C.Yang // Mat. Res. Soc. Symp. Proc, 1994, V.328, p. 167.

93. L.Sun, S.C.Yang // Mat. Res. Soc. Symp. Proc, 1994, V.328, p.2O9.

94. R.Racicot, R.L.Clark, H.B.Liu, S.C.Yang and other // SPIE Proceedings, 1995, V.2528, p.251.

95. В.Ф.Иванов, О.Л.Грибкова, К.В.Чеберяко, В.А.Тверской и другие // Электрохимия, 2004, Т.40, №3, с.339.

96. K.Leron, Z.Boyeva, A.Sokolyuk, V.Sergeyev // "European polymer congress 2005", 2005, ref. 5539, p.22O.

97. W.Liu, A.Anagnostopoulos, F.F.Bmno, K.Senecal and other // Synth. Met, 1991, V.101,p.738.

98. A.G.MacDiarmid, A.L.Epstein // Synth. Met, 1995, V.69, p.85.

99. Э.Ю.Кирш, Ю.А.Федотов, И.Н.Иудина, Е.Е.Каталевский // Высокомолек. соед. Б, 1990, Т.32, №6, с.4ОЗ.

100. Ю.Э.Кирш, Ю.А.Федотов, Н.Н.Смирнова // Высокомолек. соед. А, 1991,Т.ЗЗ,№5,с.1127.

101. P.Rannou // Prog. Polym. Sci., 2002, V.27, p.l35.

102. V.F.Ivanov, O.L.Gribkova, S.V.Novikov, A.A.Nekrasov, A.V.Vannikov // Synth. Met, 2005, V.152, ^23, p.l53.

103. Е.Ю.Ягудаева // Автореферат дисс... канд. хим. наук, МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2003.

104. Н.М.Эмануэль, Д.Г.Кнорре // Курс химической кинетики, М: Высшая школа, 1969, с.261.

105. E.M.Genies, A.Boyle, M.Lapkowski, C.Tsintavis // Synth. Met., 1990, V.36,p.l39.

106. Д.В.Канустин, Е.Ю.Ягудаева, Л.Л.Завада, Л.С.Жигис, В.П.Зубов и др. // Биоорганическая химия, 2003, Т.29,1^23, с.ЗЮ.

107. Е.Ю.Ягудаева, М.Р.Муйдинов, Д.В.Канустин, В.П.Зубов // ИБХ РАН, 2006 (в печати).

108. Лисичкин Г.В.//Химическое модифицирование новерхности 125минаральных веществ, Москва: Химия, 1996, с.37.

109. Н.Н.Смирнова // Автореферат дисс... канд. хим. иаук, МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 1992.

110. A.G.MacDiarmid and other // US Patent №5403913, 1995.

111. J.Pellegrino, R.Radebaugh // Macromolecules, 1996, V.29, №14, p.4985.

112. T.M.SU, A.H.Kwon, B.M.Lew, R.B.Kaner // ACS, Polymer Prep., 1996, V.37,№l,p.67O.