CN101182680A - 一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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杨慧婷
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Abstract

一种纤维素织物聚吡咯抗静电复合材料及其制备方法，它涉及抗静电复合材料及其制备方法。它解决了现有材料抗静电效果差，而且浪费资源，手感不好，材料的复合层不均匀而且容易脱落的问题。本发明的抗静电复合材料在纤维素织物的外表面采用原位聚合法吸附有吡咯层。制备方法为：一、配制吡咯水溶液；二、取恒重的亚麻织物置于吡咯水溶液中，之后立即将其置于回旋式振荡器上振荡，再放置一段时间；三、将装有织物及吡咯水溶液的容器置于一定温度下使其聚合，再加入FeCl3溶液，原位聚合；四、取出亚麻织物用水、蒸馏水冲洗、晾干，即得抗静电复合材料。本发明采用原位聚合法获得的复合材料具有力学性能高、导电效果好，表面电阻率可达1.2Ω/cm2。

Description

一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗静电复合材料及制备方法，具体涉及一种纤维素织物/聚吡咯抗静电材料及制备方法。
背景技术
目前，应用的同类技术有：1、镀层型防静电材料：采用电镀、化学镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、热喷镀(涂)等工艺方法在高分子材料表面形成一层导电的金属镀层；2、结构型导电高分子材料：又叫本征型导电高分子材料，这是一种新型高分子材料。它们通过自身化学结构的作用，使其有与金属自由电子同样作用的π电子的分子结构，电子运动经过π共轭系而呈现导电性，再通过化学方法进行掺杂以增加其导电能力；3、静电剂处理型：在塑料薄膜中加入某种化学药物(抗静电剂)来抑制或消除静电，常用的抗静电剂有羟胺化合物，羟己基脂肪胺非离子化合物，这类物质均溶于水，加入到塑料薄膜终会完全迁移到其表面，并形成促使电荷放电的水溶液导电层(即起霜)，增加表面导电能力，使静电易于释放；4、涂层型：在复合材料外部涂敷和添加抗静电剂的方法制成涂布、塑料等该种复合材料防静电效果比较好。现有以塑料为基体材料制得的复合材料，塑料是石油化工产品，由于石油资源储量有限，使得人类的发展面临一个潜在的危机。采用金属镀层的抗静电复合材料，其材料手感较差，柔软度不够。还有复合材料的复合层不均匀而且容易脱落的问题。
发明内容
本发明为了解决现有抗静电复合材料抗静电效果差，而且浪费资源，手感不好，材料的复合层不均匀而且容易脱落的问题，提供了一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料及其制备方法，解决上述问题的具体技术方案如下：
本发明的抗静电复合材由纤维素织物和吡咯层组成，在纤维素织物的外表面采用原位聚合法吸附有聚吡咯层。
本发明的纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法包含下列步骤：
步骤一、配制0.1moL/L～1.0moL/L的吡咯水溶液；
步骤二、取恒重的纤维素织物置于盛有吡咯水溶液容器内，纤维素织物质量与吡咯水溶液体积比为1g∶60～100mL，然后立即将其置于回旋式振荡器上振荡10min～60min，再放置10min～90min；
步骤三、将经步骤二振荡的纤维素织物及吡咯水溶液的温度控制在0℃～30℃，再向吡咯水溶液中加入与吡咯水溶液体积相同、浓度为0.01moL/L～1.0moL/L FeCl3溶液，进行原位聚合0.5h～6h；
步骤四、取出表面吸附有聚吡咯层纤维素织物用水冲洗、再用蒸馏水冲洗、晾干，即得纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料。
本发明采用原位聚合法，在吡咯的水性溶液中制备出具有良好导电性的纤维素织物/聚吡咯复合材料。用此法制得的抗静电复合材料力学性能较高、具有一定外形及较好电导率。按照上述方法制得的抗静电复合材料，具有良好的导电效果，表面电阻率最低可达1.2Ω/cm2。该抗静电复合材料广泛用于防爆服、防尘服、抗静电手套和抗静电地毯，分别在石油化工、油轮、油漆及煤炭工业、医疗行业中，用于防尘、防止干扰仪器和击穿元件；在电子工业、塑料、橡胶业中用于防止电击；在电子工业、仪器工业、航空业、计算机工业领域中，用于防止损坏元件、仪器和仪表及计算机的干扰和电击、引火爆炸。
附图说明
图1为织物在吡咯水溶液中的吸附时间与表面电阻率的关系图，图2为氧化剂(搀杂剂)浓度与表面电阻率的关系图，图3为吡咯的聚合时间与表面电阻率的关系图，图4为吡咯的聚合温度与表面电阻率的关系图，图5为测量本发明抗静电复合材料表面电阻的示意图，图6为未经过反应的白色亚麻布扫描电镜分析图片，图7为最佳条件下(即吸附时间为50min，氧化剂浓度为0.3moL/L，聚合时间为6h，聚合温度为0℃)的亚麻布/聚吡咯复合材料(未添加分散剂)扫描电镜分析图片，图8为最佳条件下的亚麻布/聚吡咯复合材料(分散剂为聚乙烯醇(PVA))扫描电镜分析图片，图9为最佳条件下的亚麻布/聚吡咯复合材料(分散剂为聚乙二醇(分子量4000))扫描电镜分析图片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式由纤维素织物和聚吡咯层组成，在纤维素织物的外表面采用原位聚合法吸附有聚吡咯层。
具体实施方式二：本实施方式纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料制备方法的步骤如下：
步骤一、配制0.1moL/L～1.0moL/L的吡咯水溶液；
步骤二、取恒重的纤维素亚麻织物置于盛有吡咯水溶液容器内，纤维素织物质量与吡咯水溶液体积比为1g∶60～100mL，然后立即将其置于回旋式振荡器上振荡10min～60min，再放置10min～90min；
步骤三、将经步骤二振荡的纤维素织物及吡咯水溶液的温度控制在0℃～30℃，再向吡咯水溶液中加入与吡咯水溶液体积相同、浓度为0.01moL/L～1.0moL/L FeCl3溶液，进行原位聚合0.5h～6h；
步骤四、取出表面吸附有聚吡咯层纤维素织物用水冲洗、再用蒸馏水冲洗、晾干，即得纤维素亚麻织物/聚吡咯抗静电复合材料。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点在于在步骤一的吡咯水溶液内还包含有分散剂(PVA或聚乙二醇)，按重量百分比PVA或聚乙二醇占吡咯重量的5％～15％。其它步骤与具体实施方式二相同。
分散剂能使吡咯在亚麻织物的外表面上吸附聚合得更加均匀。
按照上述方法制得的添加了分散剂的抗静电复合材料，不仅其表面电阻率低，表面均匀性也得到了很大的提高。大大提高了此抗静电材料的实用性。
具体实施方式四：结合图2描述本实施方式，本实施方式当氧化剂(搀杂剂)FeCl3浓度的升高，复合材料的表面电阻率随之降低，当FeCl3浓度达到0.3mol/L时，表面电阻率最低；FeCl3浓度继续升高时，复合材料的表面电阻率变化不大，基本上趋于平衡。所以，选择搀杂剂FeCl3的浓度为0.3mol/L。
具体实施方式五：结合图3描述本实施方式，本实施方式随着聚合时间的增长，复合材料的表面电阻率降低，聚合时间为6h时，表面电阻率达到最低，之后随着时间的增长，表面电阻率开始升高。分析原因是聚合时间过长，亚麻表面聚集了大量的蓬松的聚吡咯颗粒，这些颗粒在后期的清洗中是可以除掉的，这些大颗粒阻碍了亚麻内部的聚合反应，所以表面电阻率开始升高；再者聚合时间过长，聚合物厚度增加，搀杂效果不好，故选择聚合时间为6h。
具体实施方式六：结合图4描述本实施方式，本实施方式复合材料的表面电阻率随着聚合温度的降低而降低，在所选温度范围内，0℃时表面电阻率达到最低。因为反应温度影响反应速率，温度高则速率快，聚合不均匀，不能形成良好的导电通道。而低于0℃时表面电阻率虽有所下降，但考虑到工业生产中低于0℃的温度不易控制，故选择聚合温度的下限为0℃。
具体实施方式七：结合图6、7、8、9描述本实施方式，本实施方式加入分散剂(PVA或聚乙二醇占吡咯重量的5％～15％)后使材料复合层更加紧密，不容易脱落，但是分散剂种类不同，其效果也不同，其中加入聚乙烯醇(PVA)的复合材料的表面电阻率最低。
吡咯浓度与吸附时间：如图1所示，吡咯浓度不同时，最佳吸附时间有所变化。
实验表明：当吡咯溶液1.0moL/L时，溶液已经混浊，吡咯不能均匀地溶解在蒸馏水中。所以，不必再考虑吡咯溶液更大的浓度。当吡咯水溶液浓度从0.1moL/L至0.4moL/L时，表面电阻率下降；当浓度从0.4moL/L升至0.6moL/L时，表面电阻率开始上升；当浓度从0.6moL/L到1.0moL/L时，表面电阻率继续上升。当吡咯浓度固定不变时时，随着吸附时间的增长表面电阻率稍有波动，但是总体呈下降趋势。
实验数据表明：当吡咯溶液为0.2moL/L，吸附时间为50min时，复合材料的表面电阻率为29.0Ω/cm2；而当吡咯溶液为0.4 moL/L，吸附时间为40min时，复合材料的表面电阻率也为29.0Ω/cm2。由于吡咯价格较贵，应尽量减少其用量，所以选择吡咯浓度为0.2moL/L、吸附时间为50min。
纤维素织物/聚吡咯导电复合材料表面电阻率的测量方法(如图5)：
图5中黑色方块为纤维素织物/聚吡咯导电复合材料(亚麻织物和棉布为例)；C为带石墨电极的木块，两石墨电极间的宽度为3.0cm，电极自身宽度为1.0cm，电流通过复合材料的面积S为3.0cm2，上面还连有两连接铜片；这两铜片是连接智能低电阻仪A用的。在测量电阻的过程中，将复合材料置于连有石墨电极的木板上面，将与该木板大小相同的木板放于石墨电极上，然后将一定重量的铁板压在木板上以消除电极与复合材料的表面接触电阻保证测量的准确性。等电阻仪上显示的电阻值趋于稳定时，记录读数R。每个样测五点然后取平均值。需要注意的是智能低电阻仪在工作前要先预热20min，使其电器元件工作时更稳定，测得的电阻值准确。此时测得的为复合材料的表面电阻，表面电阻率由Rs＝R/S公式得到，其中，R为复合材料电阻，S为电流通过复合材料的面积。

Claims (10)

1.一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料，由纤维素织物和聚吡咯层组成，其特征在于在纤维素织物的外表面采用原位聚合法吸附有聚吡咯层。
2.制备权利要求1一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
步骤一、配制0.1moL/L～1.0moL/L的吡咯水溶液；
步骤二、取恒重的纤维素织物置于盛有吡咯水溶液容器内，纤维素织物质量与吡咯水溶液体积比为1g∶60～100mL，然后立即将其置于回旋式振荡器上振荡10min～60min，再放置10min～90min；
步骤三、将经步骤二振荡的纤维素织物及吡咯水溶液的温度控制在0℃～30℃，再向吡咯水溶液中加入与吡咯水溶液体积相同、浓度为0.01moL/L～1.0moL/L FeCl3溶液，进行原位聚合0.5h～6h；
步骤四、取出表面吸附有聚吡咯层纤维素织物用水冲洗、再用蒸馏水冲洗、晾干，即得纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料。
步骤四、取出织物用水冲洗，再用蒸馏水冲洗，晾干，即得纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中还包含有PVA分散剂，按重量百分比PVA分散剂占吡咯重量的5％～15％。
4.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中吡咯的浓度为0.2moL/L。
5.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中，纤维素织物质量与吡咯水溶液体积比为1g∶80mL，然后立即将其置于回旋式振荡器上振荡40min，再放置50min；
6.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中含有PVA分散剂的吡咯水溶液的温度控制在15℃，再向吡咯水溶液中加入浓度为0.5 moL/L FeCl3溶液，进行原位聚合6h；
7.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，步骤二中的吸附时间为50min。
8.根据权利要求3所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于向吡咯水溶液中添加PVA分散剂，按重量百分比PVA分散剂占纯吡咯重量的10％。
9.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中吡咯水溶液的温度控制在0℃。
10.根据权利要求2所述的一种纤维素织物/聚吡咯抗静电复合材料的制备方法，其特征在于FeCl3浓度为0.3mol/L。
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