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利用此方法制備導(dǎo)電纖維是較為簡便易行的,它是將聚苯胺作為導(dǎo)電層吸附于基質(zhì)纖維表面而使其具有導(dǎo)電性,其基本處理方法是將基質(zhì)纖維浸漬于苯胺溶液中,然后將帶有一定量苯胺單體的纖維加入氧化劑及摻雜酸反應(yīng)浴中,反應(yīng)一段時間,使苯胺氧化聚合,生成的導(dǎo)電聚苯胺附著在纖維表面,同時摻雜使纖維具有導(dǎo)電性[8]。采用這種方法制備導(dǎo)電纖維有兩個關(guān)鍵因素[7],其一是保證生成的聚苯胺具有翠綠亞胺結(jié)構(gòu),從而保證其優(yōu)良的導(dǎo)電性。因此適當(dāng)?shù)难趸瘎┖退嵝越橘|(zhì)是合成具有一定電活性聚苯胺的兩個必要條件,此外,介質(zhì)酸種類,苯胺濃度、氧化劑用量等對聚苯胺的聚合都有較大影響;其二是保證纖維對導(dǎo)電聚苯胺的有效吸附,對于結(jié)構(gòu)疏松或吸水性較好的纖維,其對摻雜聚苯胺的吸附比較容易,而對于滌綸等結(jié)構(gòu)緊密吸水性差的纖維,這個關(guān)鍵問題的解決就顯得棘手。纖維不能有效地吸附導(dǎo)電成份,必將嚴(yán)重地影響了導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電性和持久性。
3.1 纖維基質(zhì)
Kyung等[9]通過現(xiàn)場吸附聚合的方法,在尼龍-6纖維的表面形成導(dǎo)電聚苯胺的涂層,從而改善了該纖維的導(dǎo)電性。Gregory[10]以錦綸或滌綸為基質(zhì),聚苯胺及聚苯胺導(dǎo)電纖維的制備采用原位聚合法,使苯胺在基質(zhì)纖維表面發(fā)生氧化聚合反應(yīng),聚苯胺均勻地沉積在基質(zhì)纖維表面,使纖維具有導(dǎo)電性。苯胺的鹽酸溶液中浸泡,然后加入過硫酸銨的鹽酸溶液使苯胺在纖維的表面氧化聚合,制得維尼綸聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電纖維的電導(dǎo)率可達10-2S/cm。
李雯等[12]采用原位聚合法制備聚苯胺/氨綸復(fù)合導(dǎo)電纖維,并對該導(dǎo)電纖維的力學(xué)性能進行了研究,結(jié)果表明,該纖維基本上保留了原有的力學(xué)性能,可進行下一步加工。實驗得出聚合反應(yīng)各工藝參數(shù)的合適范圍,過硫酸銨用量0.01~0.03g/mL;鹽酸濃度1~3mol/L;苯胺單體濃度0.20~0.26mol/L;反應(yīng)溫度5~30℃(室溫下);反應(yīng)時間1~2h。張鴻等[13]以改性聚丙烯纖維為基質(zhì),采用原位聚合法,制備聚苯胺/聚丙烯導(dǎo)電纖維。探討了摻雜酸濃度、過硫酸銨濃度、苯胺單體吸附量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等反應(yīng)條件對纖維上聚苯胺含量的影響,得出聚合反應(yīng)的最佳條件是:鹽酸0.6mol/L、過硫酸銨0.02g/mL、苯胺單體含量70%、反應(yīng)溫度20℃、反應(yīng)時間120min。
3.2 影響因素
羅潔[14]對比了鹽酸、硫酸、乙酸和對甲苯磺酸4種酸的摻雜效果,發(fā)現(xiàn)對甲苯磺酸摻雜效果最好。可以制得質(zhì)量比電阻為102~105Ω·g·cm-2的導(dǎo)電纖維。苯胺在纖維上的聚合反應(yīng)對纖維的物理機械性能無損害,聚苯胺能連續(xù)均勻地沉積在纖維表面,導(dǎo)電纖維的穩(wěn)定性好。
李雯等[12]研究表明:氧化劑的用量、摻雜劑濃度、苯胺單體濃度對纖維導(dǎo)電性能影響較顯著;而反應(yīng)時間、溫度對纖維的導(dǎo)電性能影響不大。
劉維錦等[15]研究通過改變苯胺單體濃度、摻雜酸濃度、氧化劑濃度、反應(yīng)時間和溫度等對纖維進行導(dǎo)電吸附整理,認(rèn)為這幾種因素對纖維的導(dǎo)電性能都有一定的影響,并且在反應(yīng)中應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)速度,以保證纖維對苯胺的有效吸附。
劉維錦等[16]研究了氧化劑的選擇對所處理纖維的導(dǎo)電性的影響,對比了在通常采用的氧化劑如:過硫酸銨、重鉻酸鉀、高錳酸鉀、過氯酸鈉、過氧化氫、五氧化二釩、釩酸鈉等處理纖維的導(dǎo)電性能。證明了弱氧化劑五氧化二釩的氧化效果好于一般強氧化劑,改變了以往認(rèn)為強氧化劑的氧化效果較好的看法。他們認(rèn)為當(dāng)采用過硫酸銨等強氧化劑時,氧化聚合反應(yīng)非常迅速,低聚物來不及向纖維滲透就進一步聚合成高聚物而在溶液中沉淀出來。而弱氧化劑有效地控制了苯胺氧化聚合速度,使低聚物有充分的時間向纖維表面及內(nèi)部遷移,然后進一步在纖維上氧化聚合生成大分子量的聚苯胺。所以,控制氧化聚合反應(yīng)速度是保證纖維對聚苯胺有效吸附的關(guān)鍵。同時氧化劑濃度過高也不利于提高纖維的導(dǎo)電性能。
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