高导电性聚吡咯涂层织物的制备及性能研究

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导电高分子在电极材料、超级电容器、电加热器、电磁屏蔽、紫外防护及抗静电性方面有着广泛的应用前景,其中聚吡咯具有高导电性、无毒、良好的空气稳定性、容易合成、质量轻及价格便宜等优点,但吡咯单体在原位聚合反应过程中极易生成颗粒块状的聚吡咯,其性质不溶也不熔,可加工性差,限制了聚吡咯直接的应用。将聚吡咯与织物进行有机结合制备导电织物,不仅在一定程度上能解决聚吡咯加工难的问题,还能赋予织物导电性。目前大多数聚吡咯涂层的导电织物存在导电性不高,使用过程中聚吡咯容易脱落的问题,这在很大程度上影响了导电织物在可穿戴电子纺织品领域的进一步应用。为了将聚吡咯导电织物应用于智能服装领域,开发具有优良导电性及导电稳定性的功能性纺织面料,本课题利用氢氧化钠/尿素体系对棉针织物表面进行微溶处理,通过原位聚合法将聚吡咯沉积于微溶的棉针织物表面制备高性能导电织物。主要的研究内容如下:
  探讨织物表面预处理工艺中微溶的时间、温度、氢氧化钠及尿素浓度对织物导电性的影响,以及微溶后的织物物理性能的变化,通过X 射线光电子能谱(XPS)及拉曼激光光谱(Raman)对导电织物进行表征。结果表明:利用7wt%氢氧化钠和12wt%尿素,在-10 ℃时处理棉针织物 30 min,再原位聚合吡咯,微溶后织物的表面方阻可降为1.98Ω/sq,远高于原棉织物导电性(13.10Ω/sq)。微溶后棉针织物吸水性略微下降,透气性能提升,顶破强力变大。
  在吡咯单体原位聚合反应中,探讨了吡咯浓度、氯化铁浓度、掺杂剂的种类和浓度、聚合的温度和时间等因素对织物导电性的影响。通过对比织物在空气、水中的导电稳定性,对掺杂剂进行了筛选。结果表明:浓度为 0.015 M 的 5-磺基水杨酸钠作为掺杂剂,吡咯浓度0.3 M,氯化铁浓度0.4 M,在0℃下聚合反应4 h,棉针织物表面方阻可降为1.4Ω/sq,织物的增重率可达74-80%,其导电性接近于金属涂层纺织品。5-磺基水杨酸钠掺杂后制备的导电织物在空气和水中导电的稳定性最好,对甲基苯磺酸和蒽醌-2-磺酸钠盐的掺杂效果次之,氯离子掺杂的效果最差。
  研究了聚吡咯涂层导电织物的物理机械性能、水洗牢度、摩擦牢度、弯曲牢度及在抗静电、紫外防护和电磁屏蔽方面的应用。结果表明:聚吡咯涂层后织物的透气性和顶破强力下降,涂层表面疏水;经过皂洗(10次)、摩擦牢度及抗弯曲测试后,织物导电性基本维持稳定,微溶预处理可以明显改善聚吡咯在织物表面的负载牢度,满足纺织品服用的基本要求;同时导电织物还具有良好的抗静电、紫外防护、电磁屏蔽以及一定的电化学储能等功能,为柔性可穿戴电子智能纺织品的设计与研究提供一条有效的途径。
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