聚苯胺涤纶复合导电织物的制备

聚苯胺涤纶复合导电织物的制备

在服装方面，被称为“智能服装”或“数字服装”的新产品将给人们带来生活变化。服装上信号的收集与传输,就需要织物具有导电性能。导电聚合物的研究为导电织物提供了一种途径。把这种导电性高分子材料与普通织物相结合制备出来新型功能织物,既具有优良的导电性能,同时也保留了其原有的柔软舒适性能。本文将聚苯胺吸附于涤纶织物表面,使织物具有导电性能。其机理为:当用质子酸处理时,质子酸发生解离,生成的H1实验1.1仪器、设备实验试剂及样品:硅酸钠、氢氧化钠、苯胺、盐酸、过硫酸铵、丙酮,涤纶织物(5cm×5cm)。仪器、设备:85-2型磁力搅拌器,上海浦东光学仪器厂;DZ-ZA型真空干燥箱,天津市泰斯特仪器有限公司;JA2003型电子天平,上海良平仪器仪表有限公司;MF30型万用电表,上海第四电表厂;XSZ-104型生物显微镜。1.2再次掺杂实验第一次聚合掺杂工艺流程:先将涤纶织物脱浆处理,然后置于苯胺溶液中浸泡一定时间。将带有苯胺单体的织物置于过硫酸胺的盐酸溶液中,在一定的温度下均匀震荡,使苯胺发生聚合反应,在织物上生成聚苯胺。洗涤数次后,恒温干燥至恒重,测试再次聚合掺杂工艺流程:将经第一次掺杂工艺处理的复合导电织物再按第一掺杂工艺处理一次。再次掺杂实验参数为:苯胺单体浓度0.25mol/L,氧化剂(过硫酸铵)质量浓度0.02g/mL,掺杂剂(盐酸)浓度2.5mol/L,反应时间2h,反应温度20℃,磁力搅拌器搅拌。反应完后用丙酮、蒸馏水洗涤数次,直到洗涤液基本无色为止,然后烘干至恒重,待测。1.3织物表面电阻的测定用特制夹头夹取一定长度、一定宽度的导电织物,用自制的电阻测试仪测出电阻。织物的表面比电阻ρ式中:R为表面电阻(Ω);W为试样宽度(cm);L为试样长度(cm)。2结果与讨论2.1聚苯胺体系的导电机理在聚苯胺/涤纶复合导电织物中,起导电作用的是聚苯胺。当聚苯胺含量较低时,导电粒子不能相互接触,难以形成导电通路;随着聚苯胺含量的增大,聚苯胺粒子相互接触,在复合材料中形成导电通路的几率增加,所以织物导电性能迅速提高。表1中当苯胺浓度增大到0.25mol/L时,复合导电织物表面比电阻降到7.4×102.2氧化剂用量对苯胺吸附法的影响由表2可看出,当氧化剂质量浓度较低时,氧化能力差,渗入织物的苯胺单体不能很好地被氧化聚合,织物的导电性能较差;随氧化剂用量增加,苯胺能被很好地氧化形成均匀分布的聚苯胺导电层,聚合生成的聚苯胺相对分子质量较大,导电性好;但氧化剂用量过大时,由于苯胺单体反应过于迅速,使一部分聚苯胺在溶液中沉淀出来,织物上吸附的聚苯胺很少,同时过剩的氧化剂可使聚苯胺进一步氧化,以致裂解成低分子化合物,导致导电性下降2.3加强后趋稳定由表3可知,随着掺杂剂盐酸浓度的增大,织物导电性能逐渐加强,后趋向稳定。产生这种效果的原因是由于当酸浓度较低时,溶液的pH值偏高,不利于链增长、聚苯胺的生成,同时其所起的催化剂作用不明显,反应速度较慢,得到的聚苯胺产率低2.4反应温度对织物导电性能的影响由表4可见,当反应温度在5~20℃时,所得的织物导电性能较好;超过20℃后,随着反应温度升高,织物的导电性能明显下降,且此时处理液中有较多沉淀,反应得到的织物颜色为黑色。这是由于实验以过硫酸铵为引发剂,过硫酸铵最佳的适用温度为-10~30℃2.5反应时间的影响由表5可以看出,氧化聚合时间对现场吸附聚合反应有一定的影响。织物经苯胺充分溶胀后,在氧化聚合的开始阶段,导电能力随聚合反应时间的增长迅速增高;在反应60~120min时,导电性能缓慢增高到一定程度;随着反应时间再增加,导电性能又有下降的趋势。这一现象表明,当反应时间较短时,只有织物外部的苯胺被氧化成聚苯胺,在氧化剂还没有扩散进入织物内部时,聚合反应停止,这时的聚合反应不完全,使得聚苯胺含量和导电性较低;随着聚合时间的增加,氧化剂完全渗入织物内部,单体的转化率提高,织物的导电性能也相应增加;而当反应时间过长时,聚苯胺氧化过度,甚至一部分聚苯胺形成全氧化态而失去导电性能2.6复合导电织物的导电性能再掺杂能使聚苯胺的导电性能得到较大的提高。1994年MacDiarmid由表6可知,织物经2次聚合掺杂后,复合导电织物的导电性能有了明显提高,表面比电阻降低了一个数量级,并且织物上吸附的聚苯胺更加均匀。这是由于再掺杂能够使第一次聚合掺杂反应中没有充分吸收聚苯胺的区域进行再次吸附,同时基体中的聚苯胺粒子相互接触更加紧密,形成导电通路更加容易2.7复合导电织物的表面分析图1、2分别为处理前后单纤维放大640倍的光学显微照片。聚合掺杂后,可以看到纤维表面布满了很多聚苯胺小颗粒,较均匀地分布在纤维表面,同时织物的颜色也由反应前的白色变成绿色。织物的表面比电阻由原来的大于10图3所示的是二次掺杂后复合导电织物单根纤维放大640倍后的照片。和图2相比,二次掺杂后,纤维表面的聚苯胺粒子由颗粒状转变成薄膜状,形成了致密的导电层。纤维表面沉积的聚苯胺粒子充分接触,在材料中形成导电通路,织物导电性能有了较大的提高。3次聚合掺杂可显著提高导电织物的电化学性能将导电聚合物聚苯胺采用现场吸附聚合法吸附于涤纶织物表面制备复合导电织物,通过单因素分析得出第一次掺杂的较优工艺条件为:苯胺浓度0.25mol/L、氧化剂过硫酸铵质量浓度0.02g/mL,掺杂剂盐酸浓度2.5mol/L,反应时间2h,反应温度20℃。再掺杂实验表明,经过二次聚合掺杂能显著提高导电织物的电学性能。将制得的复合导电织