CN105714551A - 一种硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合导电纤维制备领域，特别涉及一种铜的硫化物/聚氨酯复合导电纤维制备方法。该方法首先将聚氨酯纤维进行胺解，使纤维表面存在自由的胺基，然后使用五水硫酸铜和硫代硫酸钠为原料，采用化学反应法在聚氨酯纤维的表面生成硫化亚铜。这种方法有效提高了金属硫化物在氨纶纤维表面的吸附。本发明反应条件温和，所需设备便宜，生产工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、滑爽性等损伤较少，具有手感柔软、变形性好、重量轻和良好的加工性能，可制成各种复合材料，在服装、装饰、产业等方面有许多新的应用。
Description
技术领域
本发明属于复合导电纤维制备领域，特别涉及一种铜的硫化物/聚氨酯复合导电纤维制备方法。
背景技术
近年来，随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及，人类生活工作环境中的电磁辐射日渐严重因而产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作及人类的生理健康带来了很多负面影响，为防止静电干扰和电磁波干扰。从20世纪中期至今，针对各种用途，已开发出各种抗静电和电磁屏蔽的材料。近几十年，研究的重点更多地转向了导电纤维，导电纤维的抗静电效果显著持久，且不受环境湿度的影响，导电层达一定厚度或导电成份达一定比例后，具有优良的电磁屏蔽功能，因此导电纤维的研制和应用越来越受到重视。
对于氨纶纤维，分子结构中含有大量的聚醚及聚脲、聚氨酯结构，极易吸收空气中的水，从而具备一定的抗静电性能，氨纶纤维抗静电性能属于较好的等级。但是在实际应用过程中，比如干法纺卷绕成型过程中、经编整经过程中、织造退绕过程中，因为与卷绕或者退绕装置产生摩擦而表现较强的静电行为，比如静电过大容易产生断纱、静电过大引起织物瑕疵等不良等结果，因此提高氨纶纤维的抗静电性能非常必要。
金属硫化物在光学、光电化学、催化、环保等方面都具有特殊的性能。它们具有良好的化学和热稳定性，是一种良好的光电材料。利用金属硫化物的特性来生产导电纤维的方法在目前应用最多是纤维表面化学反应法，这种方法主要通过化学处理，即通过反应液的浸渍，在纤维表面产生吸附，然后通过化学反应使金属硫化物覆盖在纤维表面。此方法优点在于工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、柔软性、滑爽性等损伤较少。在20世纪80年代，日本就研制成这类导电纤维。有人还专门对导电成分及导电机理进行了研究，如日本研制的表面覆盖铜的硫化物的导电腈纶，是先将腈纶在含铜离子溶液中处理，然后在还原剂中处理，纤维上的Cu2+变成Cu+与-CN络合，进一步形成铜的硫化物的导电性物质。由于这些导电物质在纤维结构上形成了网络，故导电性能很好。国内专利87104625.3、201510188325.1、200810084225.4等都是采用这种方法生产导电纤维的。
由于聚丙烯腈纤维上的氰基能与铜离子产生络合，使纤维具有导电性；而对于没有氰基的氨纶纤维，导电物质就无法与纤维发生络合，因此影响了氨纶纤维对金属硫合物的吸附和吸附牢度，故无法制得导电性能优良的纤维。
发明内容
本发明的目的在于解决上述氨纶纤维不具有导电性的技术难题，提供了一种硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的制备方法。
本发明采用以下技术方案，具体步骤如下：
一种硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的制备方法，制备所述硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的步骤如下：
（1）将氨纶纤维浸入到质量浓度为5%～40%的二元胺水溶液中，于20℃～60℃反应60～180分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的二元胺，将纤维干燥后得胺化氨纶纤维；
（2）将步骤（1）中的胺化氨纶纤维浸入质量浓度为5%～20%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃～60℃浸泡5～30分钟后，加入质量浓度为5%～20%的硫代硫酸钠水溶液，升温至70℃～95℃反应15～50分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得硫化亚铜/氨纶复合导电纤维。
所述步骤（1）中二元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺中的一种，氨纶纤维与二元胺水溶液的质量比为1：10～1：50。
所述步骤（2）中胺化氨纶纤维与五水硫酸铜水溶液的质量比为1：5～1：20，五水硫酸铜水溶液与硫代硫酸钠水溶液的质量比为1：1～1：5。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用乙二胺将氨纶纤维进行胺解，胺解反应不仅使氨纶纤维表面产生裂纹和坑洼，而且将纤维表面引入自由的胺基。纤维表面的裂纹和坑洼使硫化亚铜与纤维的机械固着作用增强；同时自由的胺基又可以与铜离子产生化学络合作用，提高铜的硫化物在纤维表面上的吸附。本发明提高了硫化亚铜在纤维中的含量，真正解决了氨纶纤维对金属硫化物的有效吸附问题，纤维具有稳定、持久的导电效果。
（2）本发明反应条件温和，所需设备便宜，生产工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、滑爽性等损伤较少，具有手感柔软、变形性好、重量轻和良好的加工性能，可制成各种复合材料，在服装、装饰、产业等方面有许多新的应用。
具体实施方式
实施例1
将50克氨纶纤维浸入2500克质量浓度为5%的乙二胺水溶液中，在20℃反应60分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取40克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入800克质量浓度为5%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃浸泡5分钟后，加入4000克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至70℃反应1小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为4.1×10-4S/cm。
实施例2
将30克氨纶纤维浸入600克质量浓度为15%的丙二胺水溶液中，在20℃反应180分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丙二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取20克上述步骤中胺化的氨纶纤维，浸入500克质量浓度为15%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入2500克质量浓度为5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至85℃反应20小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为1.2×10-3S/cm。
实施例3
将20克氨纶纤维浸入500克质量浓度为5%的乙二胺水溶液中，在40℃反应80分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取10克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入50克质量浓度为5%的五水硫酸铜水溶液中，在50℃浸泡10分钟后，加入100克质量浓度为5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至75℃反应30分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为7.3×10-5S/cm。
实施例4
将20克氨纶纤维浸入400克质量浓度为25%的丙二胺水溶液中，在20℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丙二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取10克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入200克质量浓度为20%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入400克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至80℃反应40分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为5.3×10-4S/cm。
实施例5
将20克氨纶纤维浸入500克质量浓度为12%的丁二胺水溶液中，在60℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丁二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取10克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入400克质量浓度为15%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入500克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至75℃反应20分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为3.8×10-4S/cm。
实施例6
将40克氨纶纤维浸入500克质量浓度为40%的己二胺水溶液中，在35℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的己二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取15克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入300克质量浓度为15%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入1500克质量浓度为6%的硫代硫酸钠水溶液，升温至80℃反应40分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为3.8×10-3S/cm。
实施例7
将20克氨纶纤维浸入500克质量浓度为30%的丁二胺水溶液中，在30℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丁二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取10克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入500克质量浓度为5%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃浸泡60分钟后，加入700克质量浓度为4.5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至85℃反应0.5小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为3.3×10-3S/cm。
实施例8
将100克氨纶纤维浸入1000克质量浓度为40%的乙二胺水溶液中，在60℃反应180分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将纤维干燥后得到胺化的氨纶纤维。
取160克上述步骤得到的胺化的氨纶纤维，浸入800克质量浓度为20%的五水硫酸铜水溶液中，在60℃浸泡30分钟后，加入800克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至95℃反应1小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/氨纶复合导电纤维，纤维的电导率为4.7×10-4S/cm。
Claims (3)
1.一种硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：制备所述硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的步骤如下：
（1）将氨纶纤维浸入到质量浓度为5%～40%的二元胺水溶液中，于20℃～60℃反应60～180分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的二元胺，将纤维干燥后得胺化的氨纶纤维；
（2）将步骤（1）中的胺化的氨纶纤维浸入质量浓度为5%～20%的五水硫酸铜水溶液中，在20℃～60℃浸泡5～30分钟后，加入质量浓度为5%～20%的硫代硫酸钠水溶液，升温至70℃～95℃反应15～50分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得硫化亚铜/氨纶复合导电纤维。
2.如权利要求1所述的硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中二元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺中的一种，氨纶纤维与二元胺水溶液的质量比为1：10～1：50。
3.如权利要求1所述的硫化亚铜/氨纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中胺化氨纶纤维与五水硫酸铜水溶液的质量比为1：5～1：20，五水硫酸铜水溶液与硫代硫酸钠水溶液的质量比为1：1～1：5。
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