PANI/PET及PPY/PA66复合导电织物制备及性能研究

摘要

聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPY)具有原料易得、电导率高、易于制备和掺杂、稳定性好等特点，在很多方面显示出诱人的应用前景。但聚苯胺和聚吡咯的不溶不熔性限制了它的加工，而在化纤织物的纤维表面制备聚苯胺和聚吡咯复合层，使它既具有纤维织物的回弹力、柔韧性，又具有聚苯胺、聚吡咯较高的电导率，是制备柔性电磁屏蔽材料与智能纺织品的理想材料。如何进一步提高所制得导电纤维及织物的导电性和稳定性，探求既要使纤维或织物具有符合需要的性能，使之具有实用价值，同时维持其原有的特性，且制备方法简单易行，生产成本较低，是所有研究者的共同目标。本研究即是基于此目的，采用较为简单易行的液相原位聚合法，以涤纶织物(PET)和尼龙66(PA66)织物为基体，使苯胺和吡咯单体在织物表面原位聚合形成聚苯胺和聚吡咯导电层，研究各条件对产物导电性的影响，以得到既有织物的柔韧性，又有较好导电性的导电织物。
　　 本文分别以涤纶织物和尼龙66织物为基体，使苯胺在涤纶织物中纤维表面原位聚合形成聚苯胺导电层，使吡咯单体在尼龙66织物中纤维表面原位聚合形成聚吡咯导电层。研究了苯胺单体浓度、氧化剂过硫酸铵与苯胺的初始摩尔比、掺杂酸种类和浓度、反应时间对聚苯胺/涤纶复合织物的导电性的影响。结果表明：苯胺单体浓度为0.25mol/L，氧化剂与苯胺的初始摩尔比为1：1，掺杂酸为盐酸，浓度为0.5mol/L，反应时间为1h时制得的导电织物导电性较好。还研究了吡咯单体浓度、氧化剂FeCl3与吡咯的初始摩尔比、掺杂酸浓度、反应时间、反应温度对聚吡咯/尼龙66复合织物导电性的影响。结果表明，吡咯单体浓度为0.05mol/L，FeCl3与吡咯的初始摩尔比为1：2，掺杂酸浓度为0.05mol/L，反应时间为3h时制得的导电织物导电性较好。
　　 对制得的聚苯胺/涤纶复合导电织物和聚吡咯/尼龙66复合导电织物的结构和性能进行研究。红外光谱分析表明，纤维表面被聚苯胺包覆，且聚苯胺链中醌式结构N=Q=N和苯式结构N-B-N即链中氧化结构与还原结构含量基本相当，尼龙66织物中纤维表面确为聚吡咯导电层，但含量较少；X射线衍射分析表明，导电聚合物不仅在织物表面沉积，而且还进入了纤维内部，破坏了纤维的内部结构，致使织物结晶度下降；从扫描电镜图中可以看出，原位聚合沉积导电高分子后的织物表面有均匀连续的导电高分子膜存在，在复合材料中形成导电通路；TG和DSC热分析表明，聚苯胺的加入阻碍了涤纶织物的热降解，提高了其热稳定性，而尼龙66织物原位聚合聚吡咯生成导电织物之后，其熔点变化很小，可能是由于聚吡咯在复合织物中含量很少，所以对熔点影响不大；力学性能和吸湿性能测试表明，复合织物的力学性能基本不受影响，而聚苯胺/涤纶织物的吸湿性提高，聚吡咯/尼龙66织物的吸湿性降低。
　　 本论文还对复合导电织物的导电稳定性进行了研究。结果表明，对于聚苯胺/涤纶复合导电织物，a、经化学试剂氯仿、甲苯、丙酮、乙醇处理后方阻值增大，电导率降低；b、热处理后复合导电织物方阻值增大，但在一定温度范围内增幅较小；c、盐雾腐蚀前后织物表面方阻值有所上升，但上升幅度不是很大。对于聚吡咯/尼龙66复合导电织物，a、未添加掺杂剂和掺杂了对甲苯磺酸的导电织物具有较好的环境稳定性，而掺杂盐酸的导电织物环境稳定性比较差；b、添加了对甲苯磺酸的导电织物经化学试剂丙酮、乙醇、甲苯、氯仿、盐酸处理后，电导率相对比较稳定；c、掺杂了对甲苯磺酸的复合导电织物具有很好的耐热稳定性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 导电织物的研究和开发现状

1.2.1 金属系导电织物

1.2.2 碳黑系导电织物

1.2.3 金属化合物型导电纤维

1.2.4 导电高分子型导电织物

1.3 导电高分子材料概述

1.3.1 导电高分子材料分类及导电机理

1.3.2 导电高分子材料的发展现状

1.4 导电聚苯胺的特性及应用

1.4.1 聚苯胺的磁屏蔽性和导电原理

1.4.2 聚苯胺的导电机理

1.4.3 聚苯胺的制备方法

1.5 聚吡咯的特性和应用

1.5.1 聚吡咯的结构

1.5.2 聚吡咯的掺杂机理

1.5.3 聚吡咯的合成方法

1.6 纺织品表面原位聚合形成导电高分子膜的可行性

1.6.1 原位聚合沉积聚苯胺薄膜的形成机理

1.6.2 织物表面原位聚合形成聚吡咯膜的生长机理

1.7 课题的研究意义及本论文的研究内容

第二章 PANI/PET导电织物的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验

2.2.1 实验准备

2.2.2 PANI/PET导电织物的制备

2.2.3 性能测试与表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 PANI聚合反应条件对织物导电性的影响

2.3.2 PANI/PET复合导电织物的结构与性能

2.3.3 PANI/PET复合导电织物的导电稳定性

2.4 本章主要结论

第三章 PPY/PA66复合导电织物的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 实验准备

3.2.2 PPY/PA66复合导电织物的制备

3.2.3 性能测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 反应条件对PPY/PA66复合织物导电性的影响

3.3.2 PPY/PA66复合导电织物的的结构性能

3.3.3 PPY/PA66复合导电织物的导电性能研究

3.4 本章主要结论

第四章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢