CN102251396A - 一种原位聚合法制备导电无纺布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原位聚合法制备导电无纺布的方法。制备方法采用将无纺布浸渍在由吡咯、蒽醌-2-磺酸钠或蒽醌-2，7-磺酸钠盐和水组成的溶液中，再将硝酸铁、5-磺基水杨酸和水组成的溶液滴加到无纺布所浸渍在的混合溶液中，吡咯在硝酸铁的氧化下，经原位聚合合成聚吡咯吸附沉淀在无纺布表面形成导电层。本发明的制备方法简单，成本低，无污染，反应条件温和，适于大规模工业化成产。本发明制备方法得到的导电无纺布具有良好的导电性，电磁屏蔽性和柔韧特性等。
Description
技术领域
本发明涉及一种原位聚合法制备导电无纺布的方法，属于纺织品技术领域
技术背景
长期以来，高聚物一直被视为绝缘材料。1977年，美国科学家艾伦-J-黑格和日本科学家白川英树合作发现，聚乙炔薄膜经掺杂后，电导率从10-6S/cm增加到103S/cm，这一发现打破了有机高分子聚合物都是绝缘体的传统观念，开创了新的研究领域——导电聚合物。在随后的研究中人们相继发现聚吡咯、聚苯胺等多种共轭结构聚合物经掺杂后电导率均可达到半导体甚至金属导体水平。目前，导电聚合物已成为一门新型的多学科交叉的研究领域，越来越受到学术界的关注。其中导电聚吡咯(PPy)是倍受关注的一种典型导电聚合物，具有易合成、电导率高、稳定性好、环境无毒性和可逆的氧化还原特性等优点，在微电子、光学、电化学和生物技术等领域有广泛的应用前景。目前聚合吡咯的方法有电化学，化学氧化法等；电化学法是制备聚吡咯膜的常用方法，由于聚吡咯不溶不熔，这样得到的聚吡咯就不能和无纺布表面结合了。化学氧化法有气相聚合法和液相聚合法。气相聚合聚吡咯虽然制得的吡咯薄膜层均匀致密，当实验操作繁琐，反应时间长，不利于大规模工业化生产。
随着科技的发展，社会的进步，人类对生活质量的要求越来越高了，特别是健康尤为受到人类的关注。一些影响着人类健康的光电磁现象层出不穷，导电织物的发明让这些不利于人来健康的现象得到了一定的解决。当前的导电织物有传统的服用布和无纺布等，传统的服用布仅仅只能在衣着方面使用，而无纺布还可以在工业生产生活中的方方面面得以利用。在已有的导电无纺布制备方法中，大多采用电化学方法对铺网前的纤维表面镀铜镍银金等金属，然后在铺网加固成导电无纺布，这种方法得到的导电无纺布表面电阻比较小，只适合做电磁屏蔽材料，质重。而且，这种制备方法耗能大，存在重金属污水，成本很高。也有使用浸渍法对铺网前纤维表面吸附乙炔黑，然后在铺网加固成无纺布。这种方法得到的导电无纺布，电阻比较大，乙炔黑吸附不牢，电阻值不均一稳定，而且在铺网加工过程中容易使纤维表面导电结构受到破坏，使得导电无纺布的导电效果比较差。这些制备方法大多是对纤维进行表面处理，制备的导电无纺布的效率不高。
发明内容：
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种氧化引发原位聚合吡咯沉淀均匀吸附无纺布表面的制备方法，为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：
一种原位聚合法制备导电无纺布的方法，原位法制备导电无纺布的方法按以下步骤进行：
A配制导电单体及助剂的混合溶液
所述导电单体及助剂混合溶液由蒽醌-2-磺酸钠盐或蒽醌-2，7-磺酸钠盐、吡咯和去离子水组成，其中，蒽醌-2-磺酸钠盐或蒽醌-2，7-磺酸钠盐的浓度为5g/L-400g/L，吡咯的浓度为3g/L-30g/L。
B配制氧化引发体系溶液
所述氧化引发体系溶液由9水合硝酸铁、5-磺基水杨酸和去离子水组成，其中，9水合硝酸铁的浓度为6g/L-70g/L，5-磺基水杨酸的浓度为20g/L-30g/L。
C无纺布的吡咯原位聚合反应
在室温条件下，无纺布按浴比为1∶10-1∶100放入步骤A制得的导电单体及助剂的混合溶液中，向上述溶液中加入溶液质量分数为0％-10wt％的表面活性剂，无纺布浸渍2-20min后，在连续搅拌过程中，按浴比为1∶10-1∶100取步骤B制得的氧化引发体系溶液加入到无纺布所在的导电单体及助剂混合溶液中，使其混合均匀、连续反应4-6小时。
D洗净烘干
将经步骤C反应得到的无纺布洗净后，在70℃的条件下，烘干后得到导电无纺布。
所述的无纺布是水刺无纺布或熔喷无纺布或纺粘无纺布或气流成型无纺布其中的一种。
所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂；
由于采用了以上技术方案，本发明的制备方法对无纺布采用液态吡咯在导电单体助剂体系溶液和氧化引发体系溶液中，铁离子氧化引发吡咯，吡咯阳离子自由基聚合形成大分子聚吡咯，硝酸根离子掺杂聚吡咯，蒽醌-2-磺酸钠或蒽醌-2，7-磺酸钠盐提高了聚吡咯稳定性，聚吡咯的质子和电子的传递性更强，5-磺基水杨酸和硝酸铁络合，逐步释放铁离子，起到稳定剂的作用，表面活性剂是为了促进无纺布与导电单体助剂体系溶液和氧化引发体系溶液的浸润，吡咯在无纺布表面均匀吸附，蒽醌-2-磺酸钠或蒽醌-2，7-磺酸钠盐在室温下溶解缓慢，常常40℃-80℃的去离子水大大加快了蒽醌-2-磺酸钠盐溶解，无纺布浸渍在含有表面活性剂导电单体助剂体系溶液中，2-20min后，吡咯，蒽醌-2-磺酸钠或蒽醌-2，7-磺酸钠盐通过扩散吸附到无纺布表面，使得无纺布表面均匀吸附吡咯单体和蒽醌-2-磺酸钠或蒽醌-2，7-磺酸钠盐，以致导电无纺布表面电阻均一稳定。为了使吡咯反应完全，往往氧化引发体系溶液的浴比稍大于导电单体助剂体系溶液的浴比，将氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体及助剂混合溶液中，氧化引发体系溶液30min-1h滴加完成，氧化引发聚合缓慢进行，聚吡咯逐步吸附到无纺布表面，促使导电无纺布表面吸附的聚吡咯均匀.无纺布继续浸渍在混合液体中连续反应4-6个小时是为了5-磺基水杨酸和硝酸铁络合体系逐步释放铁离子，聚合缓慢进行，促使导电无纺布表面吸附的聚吡咯均匀，无纺布用清水冲洗干净为了清洗掉无纺布表面残留的吸附不牢固聚吡咯。
本发明制备方法反应条件温和，操作步骤简单，不产生含重金属的废水，原料成本低，能量消耗少，适于大规模工业化成产。本发明制备的导电无纺布具有良好的导电性和电磁屏蔽性，制备得到的导电无纺布的表面电阻为10-2-105欧姆，通电条件下，产热容易，对环境的变化导电无纺布表面电阻变化敏感，适合在防静电，防电磁屏蔽，传感器，保暖服等领域应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述
一种原位聚合法制备导电无纺布的方法，制备方法按以下步骤进行：
A配制导电单体及助剂的混合溶液
所述导电单体及助剂混合溶液由蒽醌-2-磺酸钠盐、吡咯和去离子水组成，其中，蒽醌-2-磺酸钠盐或蒽醌-2，7-磺酸钠盐的浓度为5g/L-400g/L，吡咯的浓度为3g/L-30g/L，在40℃-80℃的去离子水中将醌-2-磺酸钠盐或蒽醌-2，7-磺酸钠盐不断搅拌至溶解，室温下，吡咯是油性的，不断搅拌使得吡咯均匀的分布在溶液中。
B配制氧化引发体系溶液
所述氧化引发体系溶液由9水合硝酸铁、5-磺基水杨酸和去离子水组成，其中，9水合硝酸铁的浓度为6g/L-70g/L，5-磺基水杨酸的浓度为20g/L-30g/L，室温下将9水合硝酸铁和5-磺基水杨酸加入去离子水中不断搅拌至溶解。
C无纺布的吡咯原位聚合反应
无纺布采用刺无纺布或熔喷无纺布或纺粘无纺布或气流成型无纺布其中的一种，在室温条件下，将溶液质量分数为0％-10wt％的非离子型表面活性剂如曲拉通X-100加入导电单体助剂体系溶液中，搅拌2-3min钟，使表面活性剂和导电单体助剂体系溶液混合均匀，再将无纺布按浴比为1∶10-1∶100浸渍在加有表面活性剂的导电单体助剂体系溶液中，不断来回拖动无纺布，使无纺布充分接触溶液，吡咯、表面活性剂和蒽醌-2-磺酸钠或蒽醌-2，7-磺酸钠盐在无纺布表面吸附均匀。无纺布浸渍2-20min后，取与无纺布的浴比为1∶10-1∶100的氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体助剂体系溶液中，边滴加边搅拌边来回拖动无纺布，反应得到的聚吡咯层在无纺布表面均匀分布，导电无纺布表面电阻稳定。氧化引发体系溶液逐滴滴加，30min-1h滴加完成，形成混合液体，将无纺布继续浸渍在混合液体中4-6个小时，5-磺基水杨酸和硝酸铁络合体系逐步释放铁离子，聚合缓慢进行，促使导电无纺布表面吸附的聚吡咯均匀，在这段时间里，每隔30min中将无纺布在溶液中反转，来回拖动5min，原位聚合结束得到导电无纺布。
D洗净烘干
将经步骤C反应得到的无纺布洗净后，在70℃的条件下，烘干后得到导电无纺布，导电无纺布的表面电阻为10-2-105欧姆
具体实施例
实施例一
按上述制备方法，配制导电单体及助剂混合溶液和氧化引发体系溶液，蒽醌-2-磺酸钠盐的浓度为5g/L，吡咯的浓度为3g/L，9水合硝酸铁的浓度为6g/L，5-磺基水杨酸的浓度为20g/L；取一定质量的水刺PET无纺布，按浴比为1∶10取导电单体及助剂溶液，将溶液质量分数为0％的表面活性剂如曲拉通X-100加入导电单体及助剂混合溶液中，搅拌均匀，再将无纺布浸渍在导电单体及助剂混合溶液中，不断来回拖动无纺布，使无纺布充分接触溶液。无纺布浸泡2min后，将按浴比为1∶10取氧化引发体系溶液，然后将取的氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体助剂体系溶液中，边滴加边搅拌边来回拖动无纺布，30min-1h滴加完成。滴加完后将无纺布继续浸渍在混合液体中，每隔30min中将无纺布在溶液中反转，来回拖动5min钟，4个小时后，将无纺布用清水冲洗干净，洗净后的无纺布在70℃的条件下，烘干得到导电无纺布，得到的导电无纺布表面电阻为10-1-102欧姆
实施例二
按上述制备方法，配制导电单体及助剂混合溶液和氧化引发体系溶液，蒽醌-2-磺酸钠盐的浓度为400g/L，吡咯的浓度为30g/L，9水合硝酸铁的浓度为70g/L，5-磺基水杨酸的浓度为20g/L；取一定质量的水刺PET无纺布，按浴比为1∶100取导电单体及助剂溶液，将溶液质量分数为1％的表面活性剂如曲拉通X-100加入导电单体及助剂混合溶液中，搅拌均匀，再将无纺布浸渍在导电单体及助剂溶液中，不断来回拖动无纺布，使无纺布充分接触溶液。无纺布浸泡20min后，将按浴比为1∶100取氧化引发体系溶液，然后将取的氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体及助剂混合溶液中，边滴加边搅拌边来回拖动无纺布，30min-1h滴加完成。滴加完后将无纺布继续浸渍在混合液体中，每隔30min中将无纺布在溶液中反转，来回拖动5min钟，6个小时后，将无纺布用清水冲洗干净，洗净后的无纺布在70℃的条件下，烘干得到导电无纺布，得到的导电无纺布表面电阻为10-2-101欧姆
实施例三
按上述制备方法，配制导电单体及助剂混合溶液和氧化引发体系溶液，蒽醌-2，7-磺酸钠盐的浓度为50g/L，吡咯的浓度为10g/L，9水合硝酸铁的浓度为20g/L，5-磺基水杨酸的浓度为25g/L；取一定质量的熔喷PP无纺布，按浴比为1∶50取导电单体及助剂溶液，将溶液质量分数为10％的表面活性剂如曲拉通X-100加入导电单体及助剂混合溶液中，搅拌均匀，再将无纺布浸渍在导电单体及助剂溶液中，不断来回拖动无纺布，使无纺布充分接触溶液。无纺布浸泡5min后，将按浴比为1∶60取氧化引发体系溶液，然后将取的氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体及助剂混合溶液中，边滴加边搅拌边来回拖动无纺布，30min-1h滴加完成。滴加完后将无纺布继续浸渍在混合液体中，每隔30min中将无纺布在溶液中反转，来回拖动5min钟，5个小时后，将无纺布用清水冲洗干净，洗净后的无纺布在70℃的条件下，烘干得到导电无纺布，得到的导电无纺布表面电阻为101-103欧姆
实施例四
按上述制备方法，配制导电单体及助剂混合溶液和氧化引发体系溶液，蒽醌-2，7-磺酸钠盐的浓度为10g/L，吡咯的浓度为3g/L，9水合硝酸铁的浓度为6g/L，5-磺基水杨酸的浓度为25g/L；取一定质量的纺粘PP无纺布，按浴比为1∶30取导电单体及助剂溶液，将溶液质量分数为1％的表面活性剂如曲拉通X-100加入导电单体及助剂混合溶液中，搅拌均匀，再将无纺布浸渍在导电单体及助剂溶液中，不断来回拖动无纺布，使无纺布充分接触溶液。无纺布浸泡4min后，将按浴比为1∶40取氧化引发体系溶液，然后将取的氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体及助剂混合溶液中，边滴加边搅拌边来回拖动无纺布，30min-1h滴加完成。滴加完后将无纺布继续浸渍在混合液体中，每隔30min中将无纺布在溶液中反转，来回拖动5min钟，4.5个小时后，将无纺布用清水冲洗干净，洗净后的无纺布在70℃的条件下，烘干得到导电无纺布，得到的导电无纺布表面电阻为103-105欧姆。
实施例五
按上述制备方法，配制导电单体及助剂混合溶液和氧化引发体系溶液，蒽醌-2，7-磺酸钠盐的浓度为5g/L，吡咯的浓度为15g/L，9水合硝酸铁的浓度为18g/L，5-磺基水杨酸的浓度为25g/L；取一定质量的气流成型PLA无纺布，按浴比为1∶60取导电单体及助剂溶液，将溶液质量分数为1％的表面活性剂如曲拉通X-100加入导电单体助剂体系溶液中，搅拌均匀，再将无纺布浸渍在导电单体及助剂混合溶液中，不断来回拖动无纺布，使无纺布充分接触溶液。无纺布浸泡5min后，将按浴比为1∶80取氧化引发体系溶液，然后将取的氧化引发体系溶液逐滴滴加到无纺布所在的导电单体及助剂混合溶液中，边滴加边搅拌边来回拖动无纺布，30min-1h滴加完成。滴加完后将无纺布继续浸渍在混合液体中，每隔30min中将无纺布在溶液中反转，来回拖动5min钟，5个小时后，将无纺布用清水冲洗干净，洗净后的无纺布在70℃的条件下，烘干得到导电无纺布，得到的导电无纺布表面电阻为102-104欧姆。
Claims (3)
1.一种原位聚合法制备导电无纺布的方法，其特征在于，原位聚合法导电无纺布的制备方法按以下步骤进行：
A配制导电单体及助剂的混合溶液
所述导电单体及助剂的混合溶液由蒽醌-2-磺酸钠盐或蒽醌-2，7-磺酸钠盐、吡咯和去离子水组成，其中，蒽醌-2-磺酸钠盐或蒽醌-2，7-磺酸钠盐的浓度为5g/L-400g/L，吡咯的浓度为3g/L-30g/L；
B配制氧化引发体系溶液
所述氧化引发体系溶液由9水合硝酸铁、5-磺基水杨酸和去离子水组成，其中，9水合硝酸铁的浓度为6g/L-70g/L，5-磺基水杨酸的浓度为20g/L-30g/L；
C无纺布的吡咯原位聚合反应
在室温条件下，无纺布按浴比为1∶10-1∶100放入步骤A制得的导电单体及助剂的混合溶液中，向上述溶液中加入溶液质量分数为0％-10wt％的表面活性剂，无纺布浸渍2-20min后，在连续搅拌过程中，按浴比为1∶10-1∶100取步骤B制得的氧化引发体系溶液加入到无纺布所在的导电单体及助剂的混合溶液中，使其混合均匀、连续反应4-6小时；
D洗净烘干
将经步骤C反应得到的无纺布洗净，烘干后得到导电无纺布。
2.如权利要求1所述的原位聚合法导电无纺布的制备方法，其特征在于：所述的无纺布是水刺无纺布或熔喷无纺布或纺粘无纺布或气流成型无纺布其中的一种。
3.如权利要求1所述的原位聚合法导电无纺布的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂非离子型表面活性剂。
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