CN103243563B - 一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,它的步骤如下:(1)将聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂投入到高速混合机中,在50-70℃的条件下混合,在150℃-190℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片;(2)将增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片投入到熔融纺丝机中进行纺丝,得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维;(3)将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维在40-90℃水中放置20-60分钟,得到聚乳酸多孔纤维;(4)将苯胺单体加入到酸性水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维,然后加入溶有氧化剂的酸性水溶液,反应0.5-3小时,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。本发明制备工艺条件容易实现、节约成本、纤维导电性能优良。
Description
技术领域
本发明属于复合导电纤维及其制备领域,特别涉及一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维及其制备方法。
背景技术
1976年美国宾夕法尼亚大学MacDiarmid领导的研究小组发现了有机聚合物聚乙炔经掺杂后具有类似金属的导电性,从此世界各地掀起了研究和开发导电聚合物的热潮。在随后的研究中,相继发现聚对苯撑、聚吡咯、聚苯硫醚、聚噻吩、聚对苯乙烯撑、聚苯胺等多种共轭结构高分子经掺杂后具有高的电导率。导电高分子的研究不仅具有重大的理论价值,而且具有很大的应用价值。
聚苯胺与其它结构型导电聚合物相比,具有原料易得、制备简便、在空气和水中的稳定性好、电荷贮存能力强、电导率高,还具有独特的掺杂现象等特点,因而引起国内外研究者的广泛兴趣,并被认为是最有前途的导电聚合物之一。用聚苯胺制备导电纤维,不仅导电性优良持久,而且通过改变掺杂酸的浓度,易于调节纤维的电阻率,这是其它导电纤维所不具备的优良性质;除导电性之外,聚苯胺还具有优良的电磁微波吸收性能、电化学性能、光学性能等,在许多特殊领域有广阔的应用前景 。因此, 在聚苯胺的应用开发研究中,制备聚苯胺导电纤维是研究重点之一。
但由于聚苯胺链的强刚性和链间的强的相互作用使得它不熔不溶,相应的可加工性、可纺性也差,限制了它在技术上的广泛应用。吸附聚合法就是实现聚苯胺可加工性的方法之一。“现场”吸附聚合方法又称原位聚合法,用该法制备聚苯胺导电纤维时,聚苯胺的合成反应是在纤维的表面进行的。一般工艺是在化学纤维表面先吸附一定量的苯胺单体,然后在一定反应条件下加入氧化剂及掺杂剂,苯胺单体在氧化剂及掺杂剂的作用下发生氧化聚合反应生成导电聚苯胺。生成的导电聚苯胺附着在纤维表面, 从而使纤维具有导电性能。采用原位聚合法制备聚苯胺导电纤维与现有的制备导电纤维的方法相比较具有制备工艺条件容易实现、节约成本、纤维导电性能优良等优点, 是制备导电纤维的一种新思想。
研究者已经在采用原位聚合法制备聚苯胺导电纤维方面做出了一些初步的成效,但这方面的研究仍存在诸多不足。采用此方法难以使纤维有效地吸附导电聚苯胺,采用此方法制备聚苯胺复合导电织物往往会出现导电聚合物与基体纤维结合不牢固、表面分散不均匀等问题,从而导致复合导电织物稳定性差、导电性低。从而影响了导电纤维的稳定性和持久性,因此采用此法制得纤维的导电效果往往差异较大,不能生产出具有稳定、持久的导电效果的纤维,从而无法实现工业化生产。只要彻底解决了纤维对导电聚苯胺的吸附问题,它将成为制备导电纤维的一种新方法得到广泛应用。
为了解决纤维对导电聚苯胺的吸附问题,已有研究者为此做出了努力,如专利201210231360.3 公开了一种超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,首先将超高分子量聚乙烯纤维进行低温氧气等离子处理,提高其表面能从而增加苯胺单体在纤维表面的吸附量,然后再进行苯胺在超高分子量纤维表面的聚合反应,得到表面含有均匀连续的聚苯胺导电层的纤维。专利201110028140.6先将表面存在裂纹,横截面为十字形的异型聚酯合成纤维与棉纤维混纺的混纺织物进行等离子处理,然后采用“现场”吸附聚合方法制备聚苯胺与其得复合导电织物。以上方法虽然能够提高纤维对导电聚苯胺的吸附,但是工艺过程复杂,成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提高纤维对导电聚苯胺的吸附,提供一种“现场”吸附聚合制备聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的方法。
本发明的技术方案是:一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,它的步骤如下:
(1)将聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂投入到高速混合机中,聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂的质量比为70-90:10-25:2-10,在50-70℃的条件下混合,然后使用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机,在150℃-190℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片;
(2)将步骤(1)中的增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片投入到熔融纺丝机中进行纺丝,所述增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片的质量比为5-35:95-65,纺丝温度190℃-220℃,纺丝速度为200-1000 m/min,得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维;
(3)将步骤(2)中的聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维在40-90℃水中放置20-60分钟,得到聚乳酸多孔纤维;
(4)将10-60重量份的苯胺单体加入到1000重量份的酸性水溶液中,搅拌均匀后浸入10-120重量份步骤(3)中的聚乳酸多孔纤维,温度为0-40℃,然后加入400-500重量份的溶有氧化剂的酸性水溶液,氧化剂的质量占酸性水溶液质量的2-24%,反应0.5-3小时,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。
所述聚乙烯醇为PVA1788、PVA2488或PVA0588中的至少一种。
所述多元醇为丙三醇、山梨糖醇及麦芽糖醇中的至少一种。
所述流动促进剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。
所述酸性水溶液为盐酸、硫酸或十二烷基苯磺酸溶液中的至少一种,酸性水溶液的浓度为0.5-2mol/L。
所述氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、高锰酸钾或五氧化二钒中的至少一种。
将聚乙烯醇塑化改性后与聚乳酸共混,在熔融纺丝后将聚乙烯醇溶解掉得到聚乳酸多孔纤维,然后采用“现场”吸附聚合法使苯胺单体在聚乳酸多孔纤维的表面及孔内聚合,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。
本发明的有益效果是:(1)本发明首先采用共混熔融纺丝法制备聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维,使用水将聚乙烯醇溶解后可得到聚乳酸多孔纤维,然后采用“现场”吸附聚合法制备聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维,苯胺单体在聚乳酸纤维的表面和孔洞内同时发生聚合反应,提高了聚苯胺在纤维中的含量,真正解决了聚苯胺的有效吸附问题。纤维具有稳定、持久的导电效果。
(2)本发明所使用的聚乙烯醇( PVA)是一种用途广泛的水溶性高分子,可生物降解,降解后产生水和二氧化碳,对环境没有污染且廉价易得,对环境友好,成本低。所使用的熔融纺丝方法本身技术成熟,无需添加其它特殊设备,工艺过程易于工业规模实施。
该方法彻底解决了纤维基体对导电聚苯胺的吸附问题,与现有的制备聚苯胺导电纤维的方法相比较制备工艺条件容易实现、节约成本、纤维导电性能优良。
具体实施方式
实施例1
将200克PVA1788、90克丙三醇、10克硬脂酸锌投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在190℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与700克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度210℃,纺丝速度为400 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为4倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于80℃水中30分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将20克苯胺单体加入到1000克的1mol/L的盐酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维30克,控制温度0℃,将溶有50克过硫酸铵的盐酸1mol/L水溶液500克缓慢加入,反应3个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导电纤维,纤维的电导率为3.6 S/cm。
实施例2
将100克PVA0588、20克丙三醇、5克硬脂酸钙投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在150℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与875克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度200℃,纺丝速度为700 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为5倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于40℃水中60分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将15克苯胺单体加入到1000克的1mol/L的硫酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维40克,控制温度10℃,将溶有40克过硫酸铵的硫酸水1mol/L溶液缓500克慢加入,反应1个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导电纤维,纤维的电导率为0.085 S/cm。
实施例3
将260克PVA2488、40克丙三醇、35克聚乙二醇、15克硬脂酸钙投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在190℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与650克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度210℃,纺丝速度为400 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为3倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于80℃水中60分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将25克苯胺单体加入到1000克的1mol/L的盐酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维30克,控制温度0℃,将溶有50克过硫酸铵的盐酸1mol/L水溶液500克缓慢加入,反应1个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导电纤维,纤维的电导率为7.5 S/cm。
实施例4
将70克PVA1788、27克丙三醇、3克硬脂酸钙投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在180℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与900克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度210℃,纺丝速度为800 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为5倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于60℃水中40分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将45克苯胺单体加入到1000克的1mol/L的盐酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维20克,控制温度25℃,将溶有30克重铬酸钾的1mol/L盐酸水溶液500克缓慢加入,反应1.5个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导导电纤维,纤维的电导率为0.0036 S/cm。
实施例5
将100克PVA1788、50克PVA0588、30克丙三醇、15克山梨糖醇、10克麦芽糖醇、5克硬脂酸镁投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在180℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与790克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度210℃,纺丝速度为600 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为4倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于70℃水中40分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将30克苯胺单体加入到1000克的0.8mol/L的盐酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维30克,控制温度15℃,将溶有60克高锰酸钾的0.8mol/L硫酸水溶液500克缓慢加入,反应2个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导电纤维,纤维的电导率为0.025 S/cm。
实施例6
将170克PVA1788、30克丙三醇、20克山梨糖醇、10克硬脂酸钙投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在200℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与770克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度210℃,纺丝速度为600 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为4.5倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于60℃水中45分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将40克苯胺单体加入到1000克的0.5mol/L的十二烷基苯磺酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维50克,控制温度0℃,将溶有60克过硫酸铵的0.5mol/L的十二烷基苯磺酸水溶液500克缓慢加入,反应2个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导电纤维,纤维的电导率为0.085 S/cm。
实施例7
将220克PVA1788、40克丙三醇、25克山梨糖醇、5克硬脂酸钙投入到高速混合机中,控制混合温度在70℃,混合均匀;使用在双螺杆挤出机在200℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片。将增塑聚乙烯醇切片与710克聚乳酸切片投入熔融纺丝机中,按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸,纺丝温度210℃,纺丝速度为600 m/min,在70℃热牵伸,牵伸倍数为4.5倍,即得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维。将聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维置于80℃水中30分钟,去除共混纤维中的聚乙烯醇,即得聚乳酸多孔纤维。将10克苯胺单体加入到1000克的1mol/L的十二烷基苯磺酸水溶液中,搅拌均匀后浸入聚乳酸多孔纤维20克,控制温度20℃,将溶有20克过五氧化二钒的1mol/L的十二烷基苯磺酸水溶液500克缓慢加入,反应3个小时,得到聚乳酸/聚苯胺导电纤维,纤维的电导率为0.17 S/cm。
实施例8
一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于,它的步骤如下:
(1)将聚乙烯醇PVA1788、多元醇山梨糖醇、流动促进剂硬脂酸锌投入到高速混合机中,聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂的质量比为70:10:2,在50℃的条件下混合,然后使用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机,在150℃℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片;
(2)将步骤(1)中的增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片投入到熔融纺丝机中进行纺丝,所述增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片的质量比为5:95,纺丝温度190℃,纺丝速度为200 m/min,得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维;
(3)将步骤(2)中的聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维在40℃水中放置20分钟,得到聚乳酸多孔纤维;
(4)将10克苯胺单体加入到1000克35%的盐酸中,搅拌均匀后浸入10克步骤(3)中的聚乳酸多孔纤维,温度为0℃,然后加入400克溶有过硫酸铵的盐酸,过硫酸铵的质量占盐酸质量的2%,反应0.5小时,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。
实施例9
一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于,它的步骤如下:
(1)将聚乙烯醇PVA2488、多元醇麦芽糖醇、流动促进剂硬脂酸镁投入到高速混合机中,聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂的质量比为90:25:10,在70℃的条件下混合,然后使用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机,在190℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片;
(2)将步骤(1)中的增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片投入到熔融纺丝机中进行纺丝,所述增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片的质量比为35:65,纺丝温度220℃,纺丝速度为1000 m/min,得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维;
(3)将步骤(2)中的聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维在90℃水中放置60分钟,得到聚乳酸多孔纤维;
(4)将60克苯胺单体加入到1000克十二烷基苯磺酸水溶液中,搅拌均匀后浸入120克步骤(3)中的聚乳酸多孔纤维,温度为40℃,然后加入500克溶有高锰酸钾的十二烷基苯磺酸水溶液,高锰酸钾的质量占十二烷基苯磺酸水溶液质量的2-24%,反应3小时,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。
实施例10
一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于,它的步骤如下:
(1)将聚乙烯醇PVA0588、多元醇丙三醇、流动促进剂硬脂酸镁投入到高速混合机中,聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂的质量比为90:10:10,在60℃的条件下混合,然后使用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机,在180℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片;
(2)将步骤(1)中的增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片投入到熔融纺丝机中进行纺丝,所述增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片的质量比为20:80,纺丝温度200℃,纺丝速度为500 m/min,得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维;
(3)将步骤(2)中的聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维在60℃水中放置50分钟,得到聚乳酸多孔纤维;
(4)将50克苯胺单体加入到500克98%的硫酸中,搅拌均匀后浸入80克步骤(3)中的聚乳酸多孔纤维,温度为20℃,然后加入450克溶有过硫酸铵的硫酸,过硫酸铵的质量占硫酸质量的15%,反应2小时,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。
Claims (6)
1.一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于,它的步骤如下:
(1)将聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂投入到高速混合机中,聚乙烯醇、多元醇、流动促进剂的质量比为70-90:10-25:2-10,在50-70℃的条件下混合,然后使用双螺杆挤出机或单螺杆挤出机,在150℃-190℃熔融共混并制带造粒,得到增塑聚乙烯醇切片;
(2)将步骤(1)中的增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片投入到熔融纺丝机中进行纺丝,所述增塑聚乙烯醇切片与聚乳酸切片的质量比为5-35:95-65,纺丝温度190℃-220℃,纺丝速度为200-1000 m/min,得到聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维;
(3)将步骤(2)中的聚乙烯醇/聚乳酸共混纤维在40-90℃水中放置20-60分钟,得到聚乳酸多孔纤维;
(4)将10-60重量份的苯胺单体加入到1000重量份的酸性水溶液中,搅拌均匀后浸入10-120重量份步骤(3)中的聚乳酸多孔纤维,温度为0-40℃,然后加入400-500重量份的溶有氧化剂的酸性水溶液,氧化剂的质量占酸性水溶液质量的2-24%,反应0.5-3小时,得到聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的的聚乙烯醇为PVA1788、PVA2488或PVA0588中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的多元醇为丙三醇、山梨糖醇及麦芽糖醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的流动促进剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中的酸性水溶液为盐酸、硫酸或十二烷基苯磺酸溶液中的至少一种,酸性水溶液的浓度为0.5-2mol/L。
6.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚苯胺复合导电纤维的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中的氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、高锰酸钾或五氧化二钒中的至少一种。
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Granted publication date: 20150902 Termination date: 20180523 |
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