CN102337668B - 耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法 - Google Patents
耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物及其制作方法，导电织物包括碱减量处理的涤纶基布，所述涤纶基布上结合有聚苯胺导电高分子层，所述的聚苯胺导电高分子层由含活性取代基的掺杂态聚苯胺和水性异氰酸酯反应而成。制作方法包括碱减量预处理步骤、浸轧氧化剂的盐酸溶液步骤、浸轧反应溶液并低温反应步骤、清洗步骤。本发明提供一种耐水洗、长久保持良好导电性能的聚苯胺/涤纶复合导电织物。并提供一种工艺简单、聚苯胺在涤纶基布上结合力强的聚苯胺/涤纶复合导电织物制作方法。
Description
技术领域
本发明属于导电织物技术领域，特别涉及一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法。
背景技术
聚苯胺是一种共轭导电聚合物，具有优良的导电能力，且合成简单、价格便宜，具有十分广发的应用前景。近些年科研人员纷纷开始研究将聚苯胺复合在织物上，以赋予织物良好的导电性能。但是聚苯胺的极性大且难溶于一般溶剂，导致加工困难，极大地限制了聚苯胺的广泛应用。
在基体上进行聚苯胺的自组装，解决了聚苯在加工中的难题。专利号为ZL200810202711.1中国发明专利公开了“一种自组装多功能聚苯胺/纯棉复合导电织物的制备方法”，以苯胺单体为原料在纯棉织物上聚合生成聚苯胺，得到聚苯胺/纯棉复合导电织物,电导率可达10-4～10-3S/cm。虽然棉织物上活性基团较多，但是聚苯胺上的没有活性基团，所以聚苯胺简单的沉积在织物的纤维间，或是通过范德华力结合在织物上，所以该方法制得的导电织物上的导电成份聚苯胺容易流失、且掺杂剂成份容易溶于水，导致织物的导电性能丧失。
专利号为200910055040.5的中国发明专利公开了“一种层层自组装聚苯胺/尼龙复合导电织物的制备方法”，以苯胺单体为原料在涤纶基布上聚合生产聚苯胺，得到聚苯胺/纯棉复合导电织物,电导率可达10-4～10-3S/cm。但是由于涤纶基布上活性基团少，再加上聚苯胺上没有活性基团，聚苯胺简单的沉积在织物的纤维间或是通过范德华力结合在织物上，所以该方法制得的导电织物上的导电成份聚苯胺容易流失、且掺杂剂成份容易溶于水，导致织物的导电性能丧失。
总之，现有技术中的聚苯胺复合的导电织物，虽然导电性能好，但耐水洗性能差，有的织物甚至水洗一次后，就丧失导电性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种工艺简单、复合聚苯胺在涤纶基布上结合力强的聚苯胺/涤纶复合导电织物制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物，包括碱减量处理的涤纶基布，所述涤纶基布上结合有聚苯胺导电高分子层，所述的聚苯胺导电高分子层由含活性取代基的掺杂态聚苯胺和水性异氰酸酯反应而成。
聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，包括以下步骤：
（1）碱减量预处理：将涤纶基布用碱溶液处理后烘干；
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：将经过碱减量预处理后的涤纶基布浸轧于氧化剂的盐酸溶液中，控制带液率在30%～100%之间，烘干；
（3）浸轧反应溶液：将步骤（2）处理后的涤纶基布放入到反应溶液再次浸轧，控制带液率在30%～80%之间；浸轧完后在0～5℃条件下密闭反应，然后烘干；所述的反应溶液由含有活性取代基的苯胺单体、掺杂剂、水性异氰酸酯和溶剂组成；
（4）清洗：将步骤（3）处理后的涤纶基布经丙酮和水清洗数次后，即得耐水洗性能优良的聚苯胺/涤纶复合导电织物。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述步骤（1）的碱减量预处理为：将涤纶基布用浓度为5g/L～50g/L的烧碱溶液处理，处理时间为30～120min，烘干备用。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述步骤（2）的浸轧氧化剂的盐酸溶液为：将经过碱减量预处理后的涤纶基布浸轧氧化剂的盐酸溶液，控制带液率在30%～100%之间，烘干；所述氧化剂的盐酸溶液中，氧化剂浓度为0.2～6.4mol/L，盐酸浓度为0.5～2mol/L。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述步骤（3）的浸轧反应溶液：将步骤（2）处理后的涤纶基布放入到反应溶液再次浸轧；保持反应溶液温度为0～5℃；控制带液率在30%～80%之间；浸轧完后，在0～5℃温度条件下密闭反应30～90min，取出于120～160℃烘干；所述的反应溶液中，含有活性取代基的苯胺单体浓度为0.1～1.1mol/L，掺杂剂的浓度为0.05～0.5mol/L，水性异氰酸酯的质量百分比浓度为0.1～3.0%。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述步骤（2）中，所述氧化剂为过硫酸盐、重铬酸盐、高氯酸、高锰酸钾、高氯酸钾、双氧水、三氯化铁、硫酸铁、氯化铜中的一种。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述步骤（3）中，含有活性取代基的苯胺单体为N-甲基-N-羟乙基苯胺、N,N-二羟乙基苯胺、邻羟基苯胺、间羟基苯胺、4-（2，3-环氧丙氧基）-N,N-二（2，3-环氧丙基）苯胺、邻甲氧基苯胺、间甲氧苯胺、2-乙氧基苯胺、含有聚环氧乙烷的苯胺单体或含有聚环氧丙烷的苯胺单体。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述掺杂剂为带有非极性或弱极性基团的有机磺酸中的至少一种。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述掺杂剂为樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、蒽醌磺酸、甲苯磺酸、4-羟基苯磺酸、硝基苯磺酸、聚对苯乙烯磺酸的至少一种。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述水性异氰酸酯为用封端剂将活性NCO暂时封闭的脂肪族聚醚水性异氰酸酯。
所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法中，所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、乙二醇或N-甲基吡咯烷酮（NMP）。
本发明的制作方法首先通过碱减量预处理，在涤纶基布纤维表面出现许多凹槽和活性基团，再分别浸轧氧化剂的盐酸溶液、浸轧导电高分子溶液，这样含有活性取代基的苯胺单体与氧化剂、掺杂剂，在低温密闭条件下在织物上进行苯胺单体的氧化聚合反应，就在织物上生成的掺杂态聚苯胺。本发明制得的聚苯胺复合导电织物具有优异的导电性能和耐水洗性能。这是因为：一方面，虽然涤纶纤维分子结构排列紧密，表面光滑且缺少活性基团，反应困难。但本发明对涤纶基布先进行碱减量表面活化处理，使涤纶纤维表面部分水解后产生微坑及降低结晶度形成孔隙，且涤纶纤维表面形成羟基和羧基等活性基团。本发明在织物上进行苯胺的氧化聚合反应，生成的掺杂态聚苯胺具有活性取代基团，易与涤纶基布表面的羧基或羟基形成化学键，牢固结合在织物上，提高掺杂态聚苯胺耐水洗牢度。另一方面，本发明引入水性异氰酸酯将聚苯胺桥接在涤纶基布上，进一步增加织物的耐水性。另外，本发明采用的水性异氰酸酯中活性基团被封端剂封闭，不与掺杂剂的活性氢反应，在加热的条件下，原本被封闭的异氰酸酯活性基团解封后，释放出活性基团，该基团能与掺杂剂的活泼氢反应，使原先易溶于水的掺杂剂水溶性降低，在水洗过程中不流失，使得本发明的织物不仅耐水洗，且水洗后的导电性能变化小。
本发明结合染整中常用的轧染工艺，使涤纶基布通过机械挤压后，氧化剂、含活性基团的苯胺单体和掺杂剂在涤纶基布表面发生均匀沉积，然后在低温条件下发生氧化聚合反应，其中一部分形成的聚苯胺在纤维之间的微坑，在织物表面形成更好的导电通路，赋予涤纶基布更加良好的导电性能。然后再通过高温焙烘，使水性异氰酸酯解封，释放出的异氰酸酯基团可以将掺杂态聚苯胺和涤纶基布有机地结合在一起，提高掺杂态聚苯胺耐水洗牢度。
本发明的聚苯胺/涤纶复合导电织物具良好的导电性，可达103～104Ω，复合织物的抗拉伸性能变化不大。含活性取代基团的导电聚苯胺高分子与涤纶大分子之间发生化学反应通过化学键结合，同时引入异氰酸酯作为交联剂，大大提高了导电织物的耐水洗性能。该面料具有的导电及电磁屏蔽性能稳定，不依赖环境湿度，在低湿度条件下仍然具有很好的防静电、导电性能，且在低温低湿度条件下，面料表面导电高分子膜的防静电性也不会改变，该面料完全可以替代现有碳黑导电丝防静电面料。
附图说明
图1为聚苯胺/涤纶复合导电织物横截面结构示意图。
具体实施方式
一、如图1所示，耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物，包括碱减量处理的涤纶基布2，所述涤纶基布2上结合有聚苯胺导电高分子层1，所述的聚苯胺导电高分子层1由含活性取代基的掺杂态聚苯胺和水性异氰酸酯反应而成。
制成掺杂态聚苯胺的原料为：含有活性取代基的苯胺单体、掺杂剂、氧化剂。
含有活性取代基的苯胺单体为N-甲基-N-羟乙基苯胺、N,N-二羟乙基苯胺、邻羟基苯胺、间羟基苯胺、4-（2，3-环氧丙氧基）-N,N-二（2，3-环氧丙基）苯胺、邻甲氧基苯胺、间甲氧苯胺、2-乙氧基苯胺、含有聚环氧乙烷的苯胺单体或含有聚环氧丙烷的苯胺单体。
所述掺杂剂为带有非极性或弱极性基团的有机磺酸中的至少一种。所述掺杂剂优选为对甲基苯磺酸、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、蒽醌磺酸、甲苯磺酸、4-羟基苯磺酸、硝基苯磺酸、聚对苯乙烯磺酸的至少一种。这些掺杂剂在以下实施例中可以任意选择替换。
所述水性异氰酸酯为用封端剂将活性NCO暂时封闭的脂肪族聚醚水性异氰酸酯。水性异氰酸酯在市面上可以购买得到。在100℃条件下，该水溶性异氰酸酯活性基团NCO解封后，可以和涤纶织物、苯胺单体上的活性基团之间发生交联反应，形成空间网状结构，使导电聚苯胺分子固着在纤维表面和纤维空隙之间。且能和掺杂剂上的活性氢反应，有效阻止掺杂剂在水洗过程中流失，改善导电布的水性后导电性能减弱的缺陷。
所述氧化剂为过硫酸盐、重铬酸盐、高氯酸、高锰酸钾、高氯酸钾、双氧水、三氯化铁、硫酸铁、氯化铜中的一种。这些氧化剂在以下实施例中可以任意选择替换。
二、以下实施例是上述耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法。实施例1：一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，包括以下步骤：
（1）碱减量预处理：首先用20g/L的烧碱溶液处理涤纶基布，90℃条件下处理90min，水洗烘干。
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：然后将步骤（1）处理过的涤纶基布浸轧于温度为0℃的过硫酸铵的盐酸溶液中，其中溶液中的过硫酸铵浓度为0.2mol/L，盐酸浓度为0.5mol/L。控制带液率40%左右。烘干；
（3）浸轧反应溶液：将N-甲基-N-羟乙基苯胺单体和对甲苯磺酸溶于水，并加入水性异氰酸酯形成反应溶液，搅拌均匀，N-甲基-N-羟乙基苯胺单体的浓度为0.1mol/L，对甲苯磺酸浓度为0.05mol/L，水性异氰酸酯的添加量（质量百分比浓度）为0.1%。将经过步骤（2）处理的涤纶基布浸轧上述反应溶液，控制轧余率50%，然后在0℃下密闭反应40min取出，在120℃下烘干制得聚苯胺/涤纶复合导电织物；
（4）清洗：聚苯胺/涤纶复合导电织物充分水洗后再烘干，即得耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物。
实施例2：一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，包括以下步骤：
（1）碱减量预处理：首先用30g/L的烧碱溶液处理涤纶基布，85℃条件下处理80min，水洗烘干；
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：然后将将步骤（1）处理过的涤纶基布浸轧于温度为1℃的三氯化铁的盐酸溶液，三氯化铁浓度为0.4mol/L，盐酸浓度为0.8mol/L，控制带液率50%左右。烘干；
（3）浸轧反应溶液：将N,N-二羟乙基苯胺和樟脑磺酸溶于乙醇溶液中，并加入水性异氰酸酯形成反应溶液，搅拌均匀，N,N-二羟乙基苯胺浓度为0.2mol/L，樟脑磺酸浓度为0.1mol/L，水性异氰酸酯添加量（质量百分比浓度）为0.15%。将经过步骤（2）处理的涤纶基布浸轧上述反应溶液，控制轧余率60%，然后在0～5℃下密闭反应50min取出，130℃烘干制得聚苯胺/涤纶复合导电织物；
（4）清洗：聚苯胺/涤纶复合导电织物充分水洗后再烘干，即得耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物。
实施例3：一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，包括以下步骤：
（1）碱减量预处理：首先用40g/L的烧碱溶液处理涤纶基布，90℃条件下处理70min，然后水洗烘干。
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：然后将处理过的涤纶基布浸轧于温度为2℃的高氯酸溶液，其中高氯酸溶液浓度0.5mol/L，控制带液率60%左右。烘干；
（3）浸轧反应溶液：将邻羟基苯胺和十二烷基苯磺酸溶于异丙醇溶液中，并加入水性异氰酸酯形成反应溶液，搅拌均匀，邻羟基苯胺浓度为0.15mol/L，十二烷基苯磺酸浓度为0.07mol/L，水性异氰酸酯添加量（质量百分比浓度）为0.2%。将经过步骤（2）处理的涤纶基布浸轧上述反应溶液，控制轧余率70%，然后在2℃下密闭反应60min取出，140℃下烘干制得聚苯胺/涤纶复合导电织物；
（4）清洗：聚苯胺/涤纶复合导电织物充分水洗后再烘干，即得耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物。
实施例4：一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，
（1）碱减量预处理：首先用40g/L的烧碱溶液处理涤纶基布，85℃条件下处理60min，然后水洗烘干。
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：然后将处理过的涤纶基布浸轧与温度为2℃的硫酸铁的盐酸溶液，其中硫酸铁浓度1.0mol/L，盐酸浓度为1.0mol/L，控制带液率700%左右。烘干；
（3）浸轧反应溶液：将间羟基苯胺和4-羟基苯磺酸溶于乙二醇溶液中，并加入水性异氰酸酯形成反应溶液，搅拌均匀，间羟基苯胺浓度为0.3mol/L，4-羟基苯磺酸浓度为0.15mol/L，水性异氰酸酯添加量（质量百分比浓度）为0.3%。将经过步骤（2）处理的涤纶基布浸轧上述反应溶液，控制轧余率80%，然后在3℃下密闭反应60min取出，在135℃下烘干制得聚苯胺/涤纶复合导电织物；
（4）清洗：充分水洗后再烘干，即得耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物。实施例5：一种耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，包括以下步骤：
（1）碱减量预处理：首先用50g/L的烧碱溶液处理涤纶基布，80℃条件下处理40min，然后水洗烘干。
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：然后将将步骤（1）处理过的涤纶基布浸轧于温度为4℃的高氯酸钾的盐酸溶液，高氯酸钾浓度为0.8mol/L，盐酸浓度为为0.5mol/L，控制带液率80%左右，烘干；
（3）浸轧反应溶液：将邻甲氧基苯胺和聚对苯乙烯磺酸溶于NMP溶液中，并加入水性异氰酸酯形成反应溶液，搅拌均匀，邻甲氧基苯胺浓度为1.1mol/L，聚对苯乙烯磺酸浓度为0.6mol/L，水性异氰酸酯添加量（质量百分比浓度）为1.0%。将经过步骤（2）处理的涤纶基布浸轧上述反应溶液，控制轧余率60%，然后在4℃下密闭反应30min取出，80℃烘干制得聚苯胺/涤纶复合导电织物；
（4）清洗：充分水洗后再烘干，即得耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物。
表1耐水洗聚苯胺/涤纶复合导电织物测试结果
上表可以看出：纯涤纶织物经过上述反应后，其表面电阻可以从1012Ω下降到104Ω，具有优良的导电性，且水洗20次以后，仍能保持优良的导电性，所以该聚苯胺/涤纶复合导电织物具有耐水洗的特性。
Claims (10)
1.聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）碱减量预处理：将涤纶基布用碱溶液处理后烘干；
（2）浸轧氧化剂的盐酸溶液：将经过碱减量预处理后的涤纶基布浸轧于氧化剂的盐酸溶液中，控制带液率在30%～100%之间，烘干；
（3）浸轧反应溶液：将步骤（2）处理后的涤纶基布放入到反应溶液再次浸轧，控制带液率在30%～80%之间；浸轧完后在0～5℃条件下密闭反应，然后烘干；所述的反应溶液由含有活性取代基的苯胺单体、掺杂剂、水性异氰酸酯和溶剂组成；
（4）清洗：将步骤（3）处理后的涤纶基布经丙酮和水清洗数次后，即得耐水洗性能优良的聚苯胺/涤纶复合导电织物。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述步骤（1）的碱减量预处理为：将涤纶基布用浓度为5g/L～50 g/L的烧碱溶液处理，处理时间为30～120min，烘干备用。
3.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述步骤（2）的浸轧氧化剂的盐酸溶液为：将经过碱减量预处理后的涤纶基布浸轧氧化剂的盐酸溶液，控制带液率在30%～100%之间，烘干；所述氧化剂的盐酸溶液中，氧化剂浓度为0.2～6.4mol/L，盐酸浓度为0.5～2mol/L。
4.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述步骤（3）的浸轧反应溶液：将步骤（2）处理后的涤纶基布放入到反应溶液再次浸轧；保持反应溶液温度为0～5℃；控制带液率在30%～80%之间；浸轧完后，在0～5℃温度条件下密闭反应30～90min，取出于120～160℃烘干；所述的反应溶液中，含有活性取代基的苯胺单体浓度为0.1～1.1mol/L，掺杂剂的浓度为0.05～0.5mol/L，水性异氰酸酯的质量百分比浓度为0.1～3.0%。
5.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述氧化剂为过硫酸盐、重铬酸盐、高氯酸、高锰酸钾、高氯酸钾、双氧水、三氯化铁、硫酸铁、氯化铜中的一种。
6.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述步骤（3）中，含有活性取代基的苯胺单体为N-甲基-N-羟乙基苯胺、N,N-二羟乙基苯胺、邻羟基苯胺、间羟基苯胺、4-（2，3-环氧丙氧基）-N,N-二（2，3-环氧丙基）苯胺、邻甲氧基苯胺、间甲氧苯胺、2-乙氧基苯胺、含有聚环氧乙烷的苯胺单体或含有聚环氧丙烷的苯胺单体。
7.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述掺杂剂为带有非极性或弱极性基团的有机磺酸中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述掺杂剂为樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸、蒽醌磺酸、甲苯磺酸、4-羟基苯磺酸、硝基苯磺酸、聚对苯乙烯磺酸的至少一种。
9.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述水性异氰酸酯为用封端剂将活性NCO暂时封闭的脂肪族聚醚水性异氰酸酯。
10.根据权利要求1所述的聚苯胺/涤纶复合导电织物的制作方法，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、乙二醇或N-甲基吡咯烷酮。
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| CN1846026A (zh) * | 2003-07-03 | 2006-10-11 | 联邦科学及工业研究组织 | 导电纺织品 |
| CN101168923A (zh) * | 2007-10-17 | 2008-04-30 | 江苏正本净化节水科技实业有限公司 | 导电织物纤维的制备方法 |
| CN101845753A (zh) * | 2010-05-14 | 2010-09-29 | 苏州新纶超净技术有限公司 | 防静电/导电织物及其制作方法 |
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 原位聚合法制备涤纶/聚苯胺复合导电织物;周兆懿等;《印染》;20090315(第5期);第1－5页 * |
| 周兆懿等.原位聚合法制备涤纶/聚苯胺复合导电织物.《印染》.2009,(第5期),第1－5页. |
Also Published As
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