CN102444023A - 聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法 - Google Patents

聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，包括以下步骤：1)导电涂覆液的制备：将经研钵研细后的聚苯胺粒子和不同质量分数的甲酸溶液配置成导电涂覆液，其中甲酸溶液的质量分数60％-80％；2)涂覆型导电纤维的制备：采用辊式纤维涂覆机将前述导电涂覆液涂覆于纤维表面，制备涂覆型导电纤维，后经水洗与干燥即得导电纤维；3)纳米银-聚苯胺层的原位合成：将导电纤维A在浓度为0.1-1.0mol/L的硝酸银(AgNO3)水溶液中浸泡0.5-2h，然后浸入浓度为0.2-2mol/L的NaBH4水溶液中，室温下反应6-10h，最后分别用乙醇和去离子水洗涤，自然晾干或烘干，即得到聚苯胺/纳米银复合导电纤维。本发明导电纤维电导率高，且通过控制工艺条件可以调节纤维的电导率，满足不同导电性要求。

Description

聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电纤维及其制备方法和应用，特别涉及聚苯胺/纳米银导电纤维制备方法及其应用。
背景技术
产生静电的机理有多种解释，纺织材料静电主要是由于表面间的相互摩擦产生的。纺织材料是电的不良导体，具有很高的比电阻。纤维及其制品在生产加工和使用过程中，由于受摩擦、牵伸、压缩、剥离及电场感应和热风干燥等因素的作用而易于产生静电。特别是随着合成纤维在纺织上生产和应用的越来越多，这些高分子聚合物所固有的高绝缘性和憎水性，使之极易产生、积累静电。在民用方面，静电会导致纺织品的使用过程中吸尘沾污，服装纠缠人体产生粘附不适感，而且有研究表明，静电刺激会对人体健康产生不利影响。在产业应用方面，静电是火工、化工、石油等加工等行业引起火灾、爆炸等事故的主要诱发因素之一，也是化纤等纺织行业加工过程中的质量及安全事故隐患之一。随着高科技的发展，静电障害所造成的后果已突破了安全问题的界限。静电放电造成的频谱干扰危害，会引起电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失等结果。因此目前抗静电纺织品的需求量越来越大。
导电纤维包括金属纤维、镀金属纤维和有机导电纤维。应用较为广泛的金属纤维主要是不锈钢纤维，其制造方法主要是线材拉伸法、熔融纺丝法、切削法等。不锈钢纤维具有较佳的导电性能和机械性能，但是对于纺织加工而言，金属纤维抱合力小，纺纱性能较差，而且制成高细度时的价格昂贵，所以除一些特殊要求的场合，在开发抗静电产品时金属纤维的使用还不够广泛。镀金属纤维是在普通纤维表面涂敷金属层以提高抗静电效果，其成本比金属纤维有大幅下降，但不耐洗涤，且手感较差。目前，用来开发抗静电混纺纱多采用有机导电纤维。
有机导电纤维是以普通成纤高聚物为基体，以被覆或复合方式添加导电物质的导电纤维。目前使用的有机导电纤维主要是尼龙基、涤纶基和腈纶基，导电物质有碳和金属化合物两种。其中碳导电物制成的纤维为深色(黑色、灰色)，金属化合物为导电物的纤维为白色，后者导电性稍差，但是利于后道整理工序的加工。
导电高分子如聚苯胺、聚苯胺等，具有特殊的结构和优异的物理化学性能，通过掺杂，其室温电导率可在绝缘体-半导体-金属导体范围内变化(10-9-105S/cm)，其导电特性是它在抗静电、电磁屏蔽和吸波材料上的重要应用基础。当它处于半导体状态时，电磁损耗角的正切值为最大，对微波具有很好的吸收性能，属于电损耗吸收剂。同传统的导电材料金属等相比，导电高分子材料重量轻、韧性好、易加工、电导率易于调节、成本低、易大面积涂敷、施工方便。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种新型聚苯胺/聚己内酰胺导电纤维制备方法。
本发明的聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，包括以下步骤：
1)导电涂覆液的制备：将经研钵研细后的聚苯胺粒子和不同质量分数的甲酸溶液配置成导电涂覆液，其中甲酸溶液的质量分数60％-80％；
2)涂覆型导电纤维的制备：采用辊式纤维涂覆机将前述导电涂覆液涂覆于纤维表面，制备涂覆型导电纤维，后经水洗与干燥即得导电纤维A；所述涂覆为涂覆液至少应将所述的纤维润湿；
3)纳米银-聚苯胺层的原位合成：将导电纤维A在浓度为0.1-1.0mol/L的硝酸银(AgNO3)水溶液中浸泡0.5-2h，然后浸入浓度为0.2-2mol/L的NaBH4水溶液中，室温下反应6-10h，最后分别用乙醇和去离子水洗涤，自然晾干或烘干，即得到聚苯胺/纳米银复合导电纤维。
本发明所述的纤维为化学合成纤维，包括涤纶、尼龙、腈纶、维纶、丙纶、氯纶、氨纶等。
较佳地，步骤1)所述的聚苯胺为经研钵研细后的聚苯胺粒子，粒径分布在1～10um。
较佳地，步骤2)所述辊式纤维涂覆机工作时的卷绕速度为50r-190r/min。
较佳地，步骤2)所述的干燥中，蒸发管温度控制在80-150℃。
所述的聚苯胺层是采用辊式纤维涂覆机将聚苯胺粒子镶嵌在被溶胀的聚己内酰胺(PA6)等化学合成纤维表面上。
所述的纳米银-聚苯胺层是在纤维/聚苯胺层上原位合成的。
所述的纳米银-聚苯胺层中银是以纳米颗粒的形式分散在聚苯胺基体中。
本发明所述的聚苯胺/纳米银导电纤维比电阻为104～108Ω·cm，具有抗静电、电磁屏蔽功能，可用于普通穿着，减少因气候干燥、磨擦等产生的静电；而且也适用于石油、天然气、半导体、电子工业、精密仪器、医药卫生等领域，对防尘抗静电、电磁屏蔽的要求。该导电纤维可直接织布，也可同普通纤维混纺，能够获得具有抗静电、电磁屏蔽功能的纺织品。
本发明制备的聚苯胺/纳米银导电纤维导电纤维具有以下优点：
1)导电纤维电导率高，且通过控制工艺条件可以调节纤维的电导率，满足不同导电性要求。
2)当含有甲酸溶液的涂覆液涂覆于纤维表面时，纤维表面被部分溶解，但在不影响其断裂强度的同时，表面会出现不同程度的凹陷，分散在溶剂中的聚苯胺粒子可随溶剂扩散，向纤维表层和凹陷嵌入，成为基体纤维表层结构的一部分，而不是仅依靠粘合剂粘附于纤维表面，结合强度高，导电纤维耐水洗，导电耐久性好。
3)在聚苯胺层上再原位合成纳米银-聚苯胺层，形成复合导电层，纳米银的引入进一步提高复合导电纤维的导电性能，还弥补了聚苯胺在使用过程中易出现脱掺杂导致电导率不稳定的缺点，提高导电纤维的导电耐久性。
4)在化学还原银的同时，使银分散在聚苯胺基体中，获得纳米银/聚苯胺层，合成方法简单，成本低。
附图说明
图1为聚苯胺导电纤维(实施例1中导电纤维A)制备过程示意图。
图2为聚苯胺复合纳米银导电纤维(实施例1的产物)的透射电镜图。
具体实施方式
实施例1：
1)导电涂覆液的制备
将经研钵研细后的聚苯胺粒子和质量分数为60％的甲酸溶液配置成导电涂覆液。
2)涂覆型导电纤维的制备
采用辊式纤维涂覆机以50r/min的卷绕速度将导电涂覆液涂覆于PA6纤维表面，后经水洗与干燥既得PANI/PA6涂覆型导电纤维A。其中蒸发管温度控制在80℃.
3)纳米银-聚苯胺层的原位合成
将导电纤维A在浓度为0.1mol/L的硝酸银(AgNO3)水溶液中浸泡0.5h，然后浸入浓度为0.2mol/L的NaBH4水溶液中，室温下反应6h，最后分别用乙醇和去离子水洗涤，自然晾干或烘干，即得到聚苯胺/纳米银复合导电纤维。
所得复合导电纤维的比电阻为4.0×105Ω·cm。
实施例2：
1)导电涂覆液的制备
将经研钵研细后的聚苯胺粒子和质量分数为65％的甲酸溶液配置成导电涂覆液。
2)涂覆型导电纤维的制备
采用辊式纤维涂覆机以100r/min的卷绕速度将导电涂覆液涂覆于PA6纤维表面，后经水洗与干燥既得PANI/PA6涂覆型导电纤维A。其中蒸发管温度控制在100℃。
3)纳米银-聚苯胺层的原位合成
将导电纤维A在浓度为0.25mol/L的硝酸银(AgNO3)水溶液中浸泡0.75h，然后浸入浓度为0.5mol/L的NaBH4水溶液中，室温下反应7h，最后分别用乙醇和去离子水洗涤，自然晾干或烘干，即得到聚苯胺/纳米银复合导电纤维。
所得复合导电纤维的比电阻为5.0×105Ω·cm。
实施例3～5：制备方法同实施例1～2，改变各工艺条件，结果见表1：
表1
  序号   实施例3   实施例4   实施例5
  甲酸溶液质量分数w％   70   75   80
  卷绕速度(r/min)   150   170   190
  蒸发管温度(℃)   120   140   150
  硝酸银溶液中浸泡时间(h)   1.0   1.5   2.0
  硝酸银浓度(mol/L)   0.5   0.75   1.0
  硼氢化钠浓度(mol/L))   1.0   1.5   2
  硼氢化钠液中浸泡时间(h)   8   9   10
  复合导电纤维比电阻(Ω·cm)   6.5×106   3.8×108   8.1×109
实施例6
制备方法同实施例1，但纤维为涤纶。所得复合导电纤维的比电阻为4.5×105Ω·cm。
实施例7
制备方法同实施例2，但纤维为维纶。所得复合导电纤维的比电阻为5.5×105Ω·cm。
实施例8
制备方法同实施例3，但纤维为丙纶。所得复合导电纤维的比电阻为6.0×105Ω·cm。

Claims (5)

1.聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，包括以下步骤：
1)导电涂覆液的制备：将经研钵研细后的聚苯胺粒子和不同质量分数的甲酸溶液配置成导电涂覆液，其中甲酸溶液的质量分数60％-80％；
2)涂覆型导电纤维的制备：采用辊式纤维涂覆机将前述导电涂覆液涂覆于纤维表面，制备涂覆型导电纤维，后经水洗与干燥即得导电纤维A；
3)纳米银-聚苯胺层的原位合成：将导电纤维在浓度为0.1-1.0mol/L的硝酸银水溶液中浸泡0.5-2h，然后浸入浓度为0.2-2mol/L的NaBH4水溶液中，室温下反应6-10h，最后分别用乙醇和去离子水洗涤，自然晾干或烘干，即得到聚苯胺/纳米银复合导电纤维。
2.如权利要求1所述的聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，其特征在于：所述的纤维包括涤纶、尼龙、腈纶、维纶、丙纶、氯纶或氨纶。
3.如权利要求1所述的聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，其特征在于：步骤1)所述经研钵研细后的聚苯胺粒子，粒径分布在1-10um。
4.如权利要求1所述的聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，其特征在于：步骤2)所述辊式纤维涂覆机涂覆时的卷绕速度为50r-190r/min。
5.如权利要求1所述的聚苯胺复合纳米银导电纤维制备方法，其特征在于：步骤2)所述的干燥中，蒸发管温度控制在80-150℃。
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