原位聚合法制备聚苯胺／涤纶导电织物yd16433

徐守飞1，张庆伟1，李青1,2 1、北京服装学院材料科学与工程学院，北京100029；2、北京市服装材料研究开发与评价重点实验室，北京100029

收稿日期：2012-04-04

基金项目：北京市服装材料研究开发与评价重点实验室资助项目(2010ZK-12)

作者简介：徐守飞(1987-)，男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事功能材料研究。

通信作者：李青，E-mail: liqing409@sohu.com

原载：印染助剂2013/8;10-13

【摘要】采用碱减量-低温等离子技术对涤纶织物表面进行预处理，可在纤维表面形成凹坑和裂纹，经原位聚合氧化制得的聚苯胺在涤纶织物表面吸附量增大，织物的导电性明显提高，表面电阻达到70Ω.通过SEM、DSC、XRD、K／S值和抗电磁屏蔽性能测试等对导电织物进行表征.研究表明，处理后的织物表面聚苯胺分布均匀，导电性能明显提高。

【关键词】低温等离子；聚苯胺；导电性

【中图分类号】TQ314 文献标识码：A 文章编号：1004-0439(2013)08-0010-04

电磁辐射在人们的生活中随处可见，各种数字化、高频化的电子设备给人们带来便利的同时也向空间辐射了大量不同波长、频率的电磁波，成为继空气污染、水污染和噪音污染之后的第4种污染[1-3]。因此，研究开发电磁屏蔽材料对现代人类的生活、生产具有现实意义。

将导电高分子材料应用于导电织物的制备，不仅具有较好的电磁屏蔽性能，且质量轻、韧性好、易加工、电导率易于调节、成本低、易大面积涂敷、施工方便.在众多的导电聚合物中，聚苯胺具有原料价格低、合成简单、导电率高、环境稳定性好等优点，被认为是一种可替代传统金属、应用前景良好的导电高分子屏蔽材料[4-7].聚苯胺导电织物的制备方法主要有本体纺丝法、涂层法、混合纺丝法、原位聚合法，其中，原位聚合法简便易行，较为常用[8-9]。当前，通过对导电高聚物合成及其导电机理的深入研究，已能制备出相当优良的导电聚苯胺。在聚苯胺的应用过程中发现，结构疏松或吸水性较好的纤维对掺杂导电聚合物的吸附比较容易；对于结构紧密、吸水性差的纤维，保证纤维对掺杂聚苯胺的有效吸附是制备中的关键环节[10]。

本文对涤纶纵物进行碱减量-低温等离子处理，以提高纤维的疏松程度和吸水性，再通过原位聚合法制备相应的聚苯胺，涤纶导电织物。

1 试验

1.1 材料与仪器

织物：122g/m2纯白涤纶斜纹织物.试剂：苯胺(天津市津科精细化工研究所)，过硫酸铵(西陇化工股份有限公司)，浓盐酸、醋酸(北京化工厂)，丙酮(中国科学院过程工程研究所)，氢氧化钠(NaOH)(天津市北方化玻购销中心).仪器：THZ-C恒温振荡器(太仓市实验设

1.3聚苯胺／涤纶导电织物的制备

选择不同预处理的织物：未经预处理、碱减量、碱减量-低温等离子，按一定浴比.室温下浸入含苯胺0.3 mol／L和盐酸O.6 mol／L的混合溶液.恒温振荡1.5 h后，移入含盐酸O.6 mol／L与过硫酸铵0.025gmmL的混合溶液中，恒温振荡下氧化聚合1.5 h反应结束后将织物取出，在酸溶液中浸泡一定时问.用丙酮洗净，去离子水洗涤数次.恒温干燥至恒重。

1.4 测试

采用UT-6lE型数字万用表测定聚苯胺复合导电织物的室温表面电阻；采用扫描电子显微镜SEM观察聚苯胺复合导电织物的表面形貌：采用X-射线衍射仪进行物相分析：采用DSC和TG测试复合材料的热性能；采用测色配色系统测定织物的K／S值；采用英

国Instron 1122型万能材料试验机测定织物的力学性能：采用频谱仪测试织物的电磁屏蔽效能。

2 结果与讨论

2.1 SEM

从图la中可以看出，未经预处理的涤纶织物表面光滑，有小的凸起，可能是纤维制造过程中产生的；由图1b可观察到，经碱减量处理后涤纶表面出现大小不一的蜂窝状坑洞；从图1c观察到。经过碱减量-低温等离子处理，织物表面形成比较明显的凹沟，纤维表面发生了较为显著的改善，仔细观察可以发现.纤维表面还产生了一些微小凸状物；从图1d可以看出，未经预处理的涤纶织物制备的导电织物表面吸附的聚苯胺量较少；由图1e可以看出.碱减量处理后制备的导电织物纤维表面吸附了大量的聚苯胺，连续成膜，可形成导电通路：由图1f可以看出，经碱减量-低温等离子处理后，聚苯胺在纤维表面生成了一层致密导电薄膜，因为经碱减量-低温等离子预处理的涤纶织物表面形成了大量凹沟与凸起，有利于聚苯胺吸附。


a-纯涤纶	b-碱减量处理	c-碱减量-低温等离子处理

d-纯涤纶+导电	e-碱减量+导电	f-碱减量-等离子+导电
图1 织物的扫描电镜（SEM）图

2.2 表面电阻

从表1中可以看出.未经预处理制备的复合导电织物表面电阻较高，这可能是由于涤纶织物纤维结构紧密，苯胺渗入织物内部较少。不利于聚苯胺形成导电回路；经碱减量-低温等离子处理织物的表面形成了明显刻蚀，聚苯胺吸附量增大，织物表面的导电性明显提高。

表l 不同预处理方式制得的复合导电织物的表面电阻

2.3 DSC

如图2所示，纯涤纶和碱减量-低温等离子处理涤纶织物的熔融温度分别为250.11℃和250.4℃,而复合导电织物的熔融峰则出现了分裂.相应的双熔融峰温度分别为247.4℃和256.75℃.由此可见，经预处理的涤纶织物熔融温度未发生明显改变；复合织物出现双熔融峰，可能是由于部分苯胺分子或其聚合物进入涤纶纤维无定形区，改变了涤纶的结晶状态。


a-纯涤纶	b-碱减量处理-低温等离子处理	c-碱减量-低温等离子处理+导电
图2 织物的DSC图

2.4 X-衍射

由图3知，a、b、c的结晶度分别为50.8％、52.4％、49.0％.与纯涤纶图3c相比，图3b中涤纶织物结晶度增加，因为经碱减量处理时，碱量一定，聚酯纤维的碱水解是从非结晶表面大分子链端酯键开始的，从而影响涤纶纤维的超分子结构，使结晶区相对提高，涤纶织物结晶度有所上升；图3a中，聚苯胺复合导电织物的结晶度相比图3b下降，这是由于PET纤维原有的结构比较紧密，聚苯胺的渗入对结构起疏散作用，表现为无定形区面积增加，结晶度下降.

a-碱减量-低温等离子处理+导电；

a- b-碱减量处理-低温等离子处理；c--纯涤纶

图3 涤纶与导电织物的x射线衍射图

2.5 K／S值

不同预处理制备的复合导电织物的值见图4.

图4 不同预处理制备的复合导电织物的K／S值

从图4可以看出，碱减量-低温等离子处理制得的复合导电织物K／S值最大，为42.67；未经预处理织物的K／S值较小，为29.08.这与经碱减量-低温等离子预处理后织物表面附着的聚苯胺量最大相吻合。

2.6 力学性能

从表2可知，与纯涤纶织物相比，碱减量-低温等离子处理织物的力峰值和断裂伸长都有所降低，因为预处理对布样纤维会有一定损伤.导电织物与纯涤纶织物相比力峰值下降，断裂伸长减小，因为较多的聚苯胺微粒进人纤维内部，使涤纶纤维结晶度下降，导

致力学性能损失.预处理对力学性能影响较大，而进一步的聚苯胺附着，对力学性能的影响较小。

表2 不同织物的力学性能

2.7 屏蔽效能

织物电磁屏蔽效能见图5.

a-纯涤纶；b～e为经不同预处理制备的聚苯胺复合导电织物：b-未经

预处理，e-低温等离子，d-碱减量，e-碱减量-低温等离子

图5 织物的电磁屏蔽效能图

从图5可以看出，纯涤纶织物基本没有屏蔽效能；未经预处理涤纶制备的复合导电织物屏蔽效能较低，在7 dB左右；经低温等离子或碱减量处理后制备的复合导电织物的电磁屏蔽效能有所提高，但幅度较小。经碱减量一低温等离子处理后制备的复合导电织物，其表面吸附大量聚苯胺，且能连续成膜，因而电磁屏蔽效能得到明显提高.

3 结论

以涤纶织物为基体，采用碱减量与低温等离子相结合的方法进行预处理，制备了聚苯胺涤纶复合导电织物，测试了其SEM、XRD、DSC、K／S值和屏蔽效能。结果表明，经碱减量-低温等离子预处理的涤纶织物，其表面形成了大量凹沟与凸起，聚苯胺可有效附着在涤纶纤维表面，复合织物具有较好的导电性能。

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