聚吡咯银复合导电涤纶织物的制备

聚吡咯银复合导电涤纶织物的制备

0电磁屏蔽织物该导电材料在消除静电、制作抗静电阻、减少辐射和电子干扰、开发磁体涂层材料等方面具有广阔的应用市场。涤纶表面比电阻值大,属于绝缘材料1试验部分1.1试剂、仪器和仪器织物春亚纺涤纶织物(4.4tex/310T,单位面积质量60.9g/m金属靶材99.999%纯金属Ag靶,99.999%高纯氩气试剂吡咯(上海科丰实业有限公司),三氯化铁(天津赢达稀贵化学试剂厂),十二烷基苯磺酸钠(天津光复精细化工研究所),氢氧化钠、无水乙醇(天津风船化学试剂科技有限公司)仪器HKRITA装置直流磁控溅射镀膜机(肇庆灰昌真空设备有限公司),Y571D干湿摩擦牢度测试仪(深圳世创利科技有限公司),S-4800型场发射扫描电镜(日本日立公司),DZF-6090真空干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司),U3402A半台式数字万用表(美国安捷伦公司),Datacolor600色差仪(美国Datacolor公司),HG-TC100B振荡水浴锅(上海梅香仪器有限公司),9080皂洗色牢度仪(标准集团有限公司)1.2聚吡咯的制备试验以三氯化铁为氧化剂,十二烷基苯磺酸钠为掺杂剂,在冰水浴中进行反应。试验步骤如下:(1)在质量分数20%的氢氧化钠溶液中,将涤纶织物于90℃下碱减量预处理60min;然后水洗、中和、水洗、烘干,待用。(2)配制一定浓度的吡咯单体溶液,投入经过预处理的涤纶织物(浴比1∶80),室温避光条件下超声处理30min;二浸二轧后,再将织物置于吡咯单体溶液中。(3)配制一定浓度的三氯化铁溶液和十二烷基苯磺酸钠的混合氧化液,将此溶液边搅拌边滴加到步骤(2)溶液中;滴加完毕后,反应容器置于冰水浴中,振荡氧化反应一定时间。反应完成后,将试样用3%乙醇溶液洗涤3次,再用蒸馏水洗至洗液无色,且织物表面无明显附着的颗粒状聚吡咯;在真空干燥箱内60℃烘干。1.3采用聚吡咯-丝绸导线法代替金属银粉金属银将聚吡咯/涤纶织物放入真空仓内,采用直流电源对其溅射金属银。先将磁控溅射机预热至一定温度后,抽真空至本底真空度为7.0×101.4性能试验1.4.1表面织物的电阻采用凹型铜块电极(自制)和数字万用表测定导电织物10处不同位置的电阻值,取其平均值。表面电阻值越小,其导电性能越好。1.4.2表面形状采用S-4800场发射扫描电子显微镜观察聚吡咯在涤纶织物表面的形貌,以及镀覆银后的表面形貌。1.4.3垂直导电性材料选择试样4处不同位置,利用测配色系统测定L1.4.4耐色牢度测试干湿摩擦牢度参考GB/T3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。皂洗牢度参考GB/T3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。2结果与讨论2.1吡咯单体浓度的影响影响吡咯原位聚合的因素主要有吡咯单体浓度、掺杂剂浓度、氧化剂浓度、反应时间和温度等。吡咯氧化聚合反应为放热反应,较低温度有利于反应的进行和织物导电性能的提高。因此,本试验采用聚合温度为0℃。为探讨吡咯原位聚合条件对聚吡咯涤纶织物导电性能的影响,选择吡咯单体浓度、三氯化铁浓度、十二烷基苯磺酸钠浓度和聚合反应时间4因素,设计L织物表面电阻越大,其导电性能越弱。由表2极差值可知,影响织物导电性能的因素顺序为A>D>B>C,即吡咯单体浓度对导电性能影响最大,其次为聚合反应时间、三氯化铁浓度,最后为十二烷基苯磺酸钠浓度。对于因素A和D,水平3时织物表面电阻值最小,故选择吡咯浓度0.8mol/L,聚合反应时间3h。吡咯单体浓度低时,在织物上聚合生成聚吡咯产率较低,导致电阻较大,导电性差;随着吡咯单体浓度增大,在织物上形成聚吡咯产率增大,且均匀性变好,织物导电性变好。对于因素B三氯化铁浓度,当其增加时,织物表面电阻增加。根据能斯特方程理论,体系的氧化电势增大,聚吡咯会发生过氧化,其主链上部分双键被氧化,破坏了聚吡咯分子共轭结构和载流子的迁移传送,使分子链出现断路,聚合物电导率降低,织物导电性能下降。因素B在水平1时,织物表面电阻最小,选择三氯化铁浓度为0.4mol/L。因素C磺酸根离子作为掺杂剂,使聚吡咯共轭结构产生缺陷,从而发生电荷转移而导电,选择十二烷基苯磺酸钠浓度为0.6mol/L。综上,吡咯原位聚合制备涤纶导电织物的优化工艺为:吡咯单体0.8mol/L,三氯化铁0.4mol/L,十二烷基苯磺酸钠0.6mol/L,在冰水浴中氧化反应3h。2.2织物表面电阻聚吡咯是一种黑色聚合物,原位聚合吡咯的涤纶织物也呈现黑色,使其应用受到局限。采用磁控溅射技术,可以在聚吡咯涤纶织物表面镀上不同颜色的金属层,在不降低聚吡咯涤纶织物导电性的基础上,赋予其不同的色泽。试验根据优化的吡咯原位聚合工艺,制备聚吡咯涤纶导电织物,以此为基布,进行磁控溅射镀覆金属银。涤纶原布、聚吡咯涤纶织物、聚吡咯/银涤纶复合织物的表面电阻值如表3所示。由表3可知,涤纶织物表面电阻非常大,属于绝缘材料。在优化的吡咯原位聚合工艺条件下,制备的聚吡咯/涤纶复合导电织物表面电阻降至196.65Ω/cm;再经磁控溅射镀银后,其电阻值下降到152.21Ω/cm。分析认为,吡咯表面的金属银层可有效提高织物的导电性。与直接在涤纶织物上镀覆银(电阻值为1.97×102.3扫描电镜观察对碱预处理后的涤纶原布、镀银织物、聚吡咯织物、聚吡咯/银复合织物的表面形貌进行扫描电镜观察,结果如图1所示。图1(a)可见,经碱预处理后,涤纶纤维表面有大小、形状不同的凹点。在NaOH溶液中,聚酯纤维酯键水解断裂,可以形成亲水性的羧基和羟基活性基团2.4银与织物纤维的结合度为表征聚吡咯/银复合涤纶织物的耐摩擦和皂洗稳定性,测定镀银织物、聚吡咯织物、聚吡咯/银复合织物的干湿摩擦牢度和皂洗牢度,结果如表4所示。由表4可知,磁控溅射法镀覆金属涤纶织物的干湿摩擦牢度和皂洗牢度较高,说明银与织物纤维的结合度较好。吡咯原位聚合制备的聚吡咯/涤纶导电织物,干湿摩擦牢度相对较差,在其表面镀覆金属后,摩擦牢度进一步下降。聚吡咯和银在皂洗中无沾色现象。由表5可知,经摩擦和皂洗后,破坏了导电织物表面的聚吡咯或聚吡咯/银导电层,使其电阻变大,导电性降低。因此,聚吡咯/银和涤纶纤维的结合牢度是影响其稳定性的因素,可考虑采用如等离子体技术、紫外线辐射、激光辐射诱发等处理技术,对织物表面进行改性,提高涤纶纤维表面的反应活性,然后再原位聚合吡咯或用磁控溅射法镀银,提高聚吡咯或银与织物的结合牢度,从而提高聚吡咯/银复合涤纶织物的耐摩擦和皂洗牢度。2.5磁控水质检测镀银织物、聚吡咯织物、聚吡咯/银复合织物的总色差ΔE见表6所示。由表6可知,磁控溅射法镀覆金属,其色差变化很小,表明镀覆较均匀;吡咯原位聚合制备导电织物,存在一定的色差,均匀性较镀银织物稍差,但在可接受范围内。3聚吡咯/银复合导电织物的制备(1)吡咯原位聚合法制备导电涤纶织物的优化工艺为:吡咯单体0.8mol/L,三氯化铁0.4mol/L,十二烷基苯磺酸钠0.6mol/L,冰水浴中氧化反应3h。此方法制备织物的表面电阻为196.65Ω/cm。(2)在聚吡咯/涤纶织物上镀金属较直接在涤纶表面镀覆金属,形成的膜层好,可在一定程度上改善聚吡咯/涤纶织物的导电性。聚吡咯/