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聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)由于氧化态稳定性强、掺杂后电导率高、薄膜透光性优异等优势而倍受关注,在诸多领域具有广阔的应用前景,如PEDOT基导电纺织品可以应用于抗静电服、高级洁净服、智能服装等领域。但PEDOT的特殊结构使得其不溶不熔,限制了其应用。本论文首先在3, 4-乙烯二氧噻吩(EDOT)乳液聚合时,在聚苯乙烯磺酸(PSS)的基础上引入聚乙二醇辛基苯基醚(TX-100)作为乳化剂,制备了PEDOT的水分散液,改善了其导电性和可加工性;然后,本论文采用喷涂-干燥法制备了PEDOT/PSS导电织物,并探究了其导电、电化学和电热等性能。主要取得以下结果:
(1)以单体EDOT为原料, PSS和TX-100为乳化剂,采用对甲苯磺酸铁(Fe(OTs)3)与过氧化氢(H2O2)双氧化体系,通过乳液聚合法制备了 PEDOT/PSS-TX-100 水分散液,研究了 TX-100 对PEDOT粒径及形貌、极化状态、体系分散稳定性、热稳定性的影响,并进一步探讨了PEDOT水分散液对不同基材的润湿性及其在PET薄膜表面成膜后的表面电阻和透光率,通过与PEDOT/PSS进行比较,分析了TX-100在改善上述性能中的作用。结果表明,以PEDOT分散液平均粒径和PEDOT膜表面电阻为参考依据,得到最佳工艺参数分别为:Fe(OTs)3与EDOT的摩尔比为0.26:1,H2O2与EDOT的摩尔比为0.56:1,PSS与EDOT的质量比为2:1,TX-100与EDOT的质量比为1:1,此时,PEDOT的平均粒径为248.4 nm,用其涂覆PET膜的表面电阻仅为5.5×103Ω/sq。在EDOT乳液聚合时引入TX-100,可得平均粒径更小、形状更为规整、大小更为均一、分散更为稳定的PEDOT/PSS-TX-100水分散液,具有更高的单体转化率,更加有利于生成高导电态的 PEDOT,且对基材(尤其是疏水性基材)的润湿性能大大提高。与PEDOT/PSS涂覆PET膜相比较,PEDOT/PSS-TX-100涂覆PET膜的表面电阻降低了近4倍,仅为2.64×104Ω/sq,而其透光率反而稍高。然而 PEDOT/PSS-TX-100 在温度高于 190℃ 时便会发生降解,热稳定性略微下降。
(2)通过重复喷涂-干燥法,使含5 wt%DMSO的PEDOT/PSS溶液逐层沉积到经等离子体处理过的聚酯织物(PET织物)上,制备了PEDOT/PSS/PET导电织物,测试其表面形貌与结构、表面电阻、热稳定性、电极电化学性能、热响应性能、断裂强力与涂层牢度,研究了喷涂法对其各项性能的影响。结果表明,随着导电涂层数由2层到8层不断增加,表面电阻从76.50Ω/sq到12.10Ω/sq不断降低,且涂层由包裹单根纤维开始,到逐渐填充纤维之间的间隙,直至原始纤维形态被覆盖、消失。PEDOT/PSS/PET织物在350℃时开始发生降解,具有良好的热稳定性。且其作为工作电极时,具有快速、有效充电和放电的能力,显示出优良的电容性能,同时具有优异的电化学稳定性。PEDOT/PSS/PET导电织物在施加不同电压(1-7 V)的情况下,导电织物的升温响应时间均低于130 s,具有较快的加热速率,且显示出较稳定的热性能,同时,稳态下织物温度为38.0℃至56.2℃。所有涂层PET织物均比等离子体处理PET织物具有更高的断裂强力,且其表面涂层具有良好的耐摩擦牢度与良好的耐水洗牢度。
(1)以单体EDOT为原料, PSS和TX-100为乳化剂,采用对甲苯磺酸铁(Fe(OTs)3)与过氧化氢(H2O2)双氧化体系,通过乳液聚合法制备了 PEDOT/PSS-TX-100 水分散液,研究了 TX-100 对PEDOT粒径及形貌、极化状态、体系分散稳定性、热稳定性的影响,并进一步探讨了PEDOT水分散液对不同基材的润湿性及其在PET薄膜表面成膜后的表面电阻和透光率,通过与PEDOT/PSS进行比较,分析了TX-100在改善上述性能中的作用。结果表明,以PEDOT分散液平均粒径和PEDOT膜表面电阻为参考依据,得到最佳工艺参数分别为:Fe(OTs)3与EDOT的摩尔比为0.26:1,H2O2与EDOT的摩尔比为0.56:1,PSS与EDOT的质量比为2:1,TX-100与EDOT的质量比为1:1,此时,PEDOT的平均粒径为248.4 nm,用其涂覆PET膜的表面电阻仅为5.5×103Ω/sq。在EDOT乳液聚合时引入TX-100,可得平均粒径更小、形状更为规整、大小更为均一、分散更为稳定的PEDOT/PSS-TX-100水分散液,具有更高的单体转化率,更加有利于生成高导电态的 PEDOT,且对基材(尤其是疏水性基材)的润湿性能大大提高。与PEDOT/PSS涂覆PET膜相比较,PEDOT/PSS-TX-100涂覆PET膜的表面电阻降低了近4倍,仅为2.64×104Ω/sq,而其透光率反而稍高。然而 PEDOT/PSS-TX-100 在温度高于 190℃ 时便会发生降解,热稳定性略微下降。
(2)通过重复喷涂-干燥法,使含5 wt%DMSO的PEDOT/PSS溶液逐层沉积到经等离子体处理过的聚酯织物(PET织物)上,制备了PEDOT/PSS/PET导电织物,测试其表面形貌与结构、表面电阻、热稳定性、电极电化学性能、热响应性能、断裂强力与涂层牢度,研究了喷涂法对其各项性能的影响。结果表明,随着导电涂层数由2层到8层不断增加,表面电阻从76.50Ω/sq到12.10Ω/sq不断降低,且涂层由包裹单根纤维开始,到逐渐填充纤维之间的间隙,直至原始纤维形态被覆盖、消失。PEDOT/PSS/PET织物在350℃时开始发生降解,具有良好的热稳定性。且其作为工作电极时,具有快速、有效充电和放电的能力,显示出优良的电容性能,同时具有优异的电化学稳定性。PEDOT/PSS/PET导电织物在施加不同电压(1-7 V)的情况下,导电织物的升温响应时间均低于130 s,具有较快的加热速率,且显示出较稳定的热性能,同时,稳态下织物温度为38.0℃至56.2℃。所有涂层PET织物均比等离子体处理PET织物具有更高的断裂强力,且其表面涂层具有良好的耐摩擦牢度与良好的耐水洗牢度。