CN106367969A - 一种聚砜酰胺/pedot导电复合纱线及其制备方法 - Google Patents

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沈翠翠
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刘岩
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本发明属于复合导电纱线技术领域，特别涉及一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线及其制备方法，首先将聚砜酰胺原纱试样进行预处理；然后将FeCl3·6H2O中加入无水乙醇，超声振荡0.3-0.5小时，静置，配置成氧化剂溶液；然后将聚砜酰胺纱线浸入该氧化剂溶液中，10-60分钟后取出聚砜酰胺纱线并晾干；最后采用气相沉积法，将聚砜酰胺纱线与3,4-乙烯二氧噻吩原位聚合反应，反应温度为75-85℃，真空度为5×10-5-9×10-5Pa，反应时间为8-30分钟。然后将该纱线清洗、晾干。本发明的聚砜酰胺/PEDO导电复合纱线，同时具备了聚砜酰胺纱线的柔性特质和PEDOT的优良导电性能。

Description

一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线及其制备方法
技术领域
本发明属于复合导电纱线技术领域，特别涉及一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线及其制备方法。
背景技术
聚砜酰胺(Polysulfonamide,简称PSA)创造性地在大分子结构中引入对苯环和砜基结构，成功填补了我国在耐250℃等级合成纤维领域的空白。聚砜酰胺纤维具有优异的力学性能、阻燃性、耐热性、染色性、防辐射性和高温尺寸热稳定性，在包括国防军工、现代工业生产和环境保护等许多领域都具有重要的应用价值。但常规的PSA纤维存在体积比电阻高的问题，容易产生静电，对其后续加工以及在防护类服装领域的应用存在一定的影响。因此，如何提高聚砜酰胺纤维的导电性能是耐高温材料开发亟待解决的问题之一。
导电聚合物由于具有与金属及半导体相似的电磁学及光学的特性，同时保有其自身的柔韧性，易操作性及可修饰的导电性能，因而成为最有应用前景的材料之一。与其他的共轭聚合物相比，聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)具有分子结构简单、能隙小、电导率高等优点，此外，PEDOT因其具有良好的环境稳定性及在电磁屏蔽、电致生热、LEDs及化学传感器等领域的广泛应用而备受研究学者的关注。
PEDOT的制备方法主要有三种：湿法化学氧化法，电化学聚合法及气相沉积聚合法。化学氧化法及电化学聚合法存在一定的缺陷：制备的产品电导率低、寿命短，且制备过程需要溶剂。此外，电化学聚合法需在导电基体上进行，适用性不强。而采用气相沉积聚合法可以避免上述制备方法的缺陷。相较于电化学聚合法，气相聚合法对于基底的选择无特殊要求。
目前没有利用气相沉积法来制备聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的相关报道及文献。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线及其制备方法，该方法是采用气相沉积法，使得聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)在聚砜酰胺纱线表面均匀涂覆，降低了复合纱线的质量比电阻，显著提高了其导电性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其步骤包括：
(1)、将聚砜酰胺原纱试样浸入丙酮中，超声清洗15-45分钟，用去离子水清洗、干燥，备用；
(2)、FeCl3·6H2O中加入无水乙醇，超声振荡0.3-0.5小时，静置，配置成氧化剂溶液；然后将步骤(1)中得到的聚砜酰胺纱线浸入该氧化剂溶液中，10-60分钟后取出聚砜酰胺纱线并晾干；
(3)、采用气相沉积法，将步骤(2)中的聚砜酰胺纱线与3,4-乙烯二氧噻吩原位聚合反应，反应温度为75-85℃，真空度为5×10-5-9×10-5Pa，反应时间为8-30分钟，制得聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线，然后将该纱线清洗、晾干即可。
所述步骤(1)中，干燥温度为60-80℃。优选的，干燥温度为80℃。合适的干燥温度有利于加速丙酮的挥发，去除多余的水分，提高纱线的力学性能，便于后续工序中FeCl3更好地吸附在纱线表面。
所述步骤(2)中，氧化剂溶液中的FeCl3的含量为20-100g/L。优选的，氧化剂溶液中的FeCl3的含量为40-80g/L。合适的氧化剂浓度，有利于聚砜酰胺纱线表面的FeCl3的吸附，这样有利于3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)聚合成成PEDOT，均匀涂覆在聚砜酰胺纱线表面，使得纱线的质量比电阻降低，导电性提高。如果氧化剂溶液中的FeCl3的含量太高，吸附在聚砜酰胺纱线表面的过量FeCl3使得EDOT发生了过氧化而生成非共轭结构的PEDOT，故PEDOT涂层的聚砜酰胺导电复合纱线的导电性能有所降低。
所述步骤(2)中，聚砜酰胺纱线和氧化剂溶液的加入量配比为150-250mg/L。
所述步骤(2)中，聚砜酰胺纱线与3,4-乙烯二氧噻吩的加入量比为2-20mg/L。
所述步骤(2)中，原位聚合反应温度为80℃，真空度为5×10-5～9×10-5Pa，反应时间为10分钟。合适的原位聚合的反应条件，有利于聚合反应的进行，同时也决定了聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的最终导电性能。
通过上述制备方法可制得聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法得到的纱线表面均匀涂覆有PEDOT，同时具备了聚砜酰胺纱线的柔性特质和PEDOT的优良导电性能，其质量比电阻率可达到0.94Ω·g·cm-2，导电性能良好。可用于智能纺织品、军事装备及医疗等领域，具有潜在的用途。
2、所述聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线制备工艺反应温和，所使用的设备简单、成本低廉，且对环境污染较小。
附图说明
图1是实施例1中制得的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的电镜图。
图2是实施例2中制得的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的电镜图。
图3是实施例3中制得的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的电镜图。
图4是实施例1-3中制得的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的结构示意图，其中，1为聚砜酰胺纱线，2为氧化剂层，3为PEDOT涂层。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实验原料：聚砜酰胺纱线(PSA)；AR级3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)；AR级六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)；AR级丙酮(CH3COCH3)；AR级无水乙醇(C2H6O)。
实验仪器：气相沉积设备，FA1104A型万分之一天平秤，KQ-700B型超声波清洗器，WD-5000型电热鼓风干燥箱。
实施例1
(1)聚砜酰胺纱线的预处理：
将聚砜酰胺原纱裁剪成相同尺寸(15cm)的试样，共20mg，接着将试样放入800ml大烧杯中，加入500ml的丙酮并淹没聚砜酰胺纱线试样，对其超声清洗30min，去除试样表面的灰尘等一些杂质，之后用去离子水对其进行反复清洗，然后将试样放入80℃烘箱中至其干燥完全，备用。
(2)聚砜酰胺纱线的氧化层处理：
用天平称取质量为6.66g的FeCl3·6H2O并将其置于250ml烧杯中，接着向其中加入100ml无水乙醇，并对其进行超声震荡0.5小时；然后在室温条件下静置1小时，配置氧化剂溶液，该氧化剂溶液中的FeCl3含量为40g/L，接着将步骤(1)中的干燥后的聚砜酰胺纱线浸入氧化剂溶液中60min后，取出在室温条件下晾干。
(3)聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备
将步骤(2)中制得的聚砜酰胺纱线试样置于底部放置有EDOT单体(0.01mol，2-5mL)的气相沉积设备的反应室中，首先对反应室抽真空至5×10-5～9×10-5Pa，接着对反应室进行80℃的油浴加热，使聚砜酰胺纱线试样与气化的EDOT单体充分接触并发生原位聚合反应，反应10min后，将试样从反应室中取出，并用去离子水反复清洗以去除其表面未反应的EDOT单体以及一些副产物，最后在室温条件下晾干，即得聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线。图1为本实施例的电镜图，从图中可清楚地看出PEDOT均匀涂覆在聚砜酰胺纱线的表面。
实施例2
将实施例1中的步骤(2)中的FeCl3·6H2O质量调整为9.99g，制备得到氧化剂中的FeCl3的含量为60g/L，其他条件均不变，制备得到聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线。具体形貌图如图2所示，从图中可看出PEDOT均匀涂覆在聚砜酰胺纱线的表面。
实施例3
将实施例1中的步骤(2)中的FeCl3·6H2O质量调整为13.32g，制备得到氧化剂中的FeCl3的含量为80g/L，其他条件均不变，制备得到聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线。具体形貌图如图3所示，从图中可看出PEDOT均匀涂覆在聚砜酰胺纱线的表面。
质量比电阻测试：
用特制夹头夹取一定长度的纱线，采用UT70A型万用电表测出试样的表面电阻，测试长度为1cm，采用质量比电阻表征导电复合纱线的导电性，质量比电阻公式为：
其中，R——所测试样表面电阻Ω，
L——所测试样长度cm，
N——所测试样纱线或纤维根数，
T——所测试试样纱线或纤维的线密度Tex。
具体测试数据如下表所示：
由上表可以发现，PEDOT涂层后的聚砜酰胺导电复合纱线的表面电阻及质量比电阻均有很大程度的降低，导电性能有很大程度的提高，在氧化剂浓度为80g/L时，导电复合纱线的质量比电阻达到最低值0.94Ω·g·cm-2，导电复合纱线的导电性能非常优异。
图4是实施例1-3中制得的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的结构示意图，其中最内层是聚砜酰胺纱线，中间层是氧化剂层，最外层是PEDOT涂层。所以，聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线是具有三层结构的复合纱线。
上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其步骤包括：
(1)、将聚砜酰胺原纱试样浸入丙酮中，超声清洗15-45分钟，用去离子水清洗、干燥，备用；
(2)、FeCl3·6H2O中加入无水乙醇，超声振荡0.3-0.5小时，静置，配置成氧化剂溶液；然后将步骤(1)中得到的聚砜酰胺纱线浸入该氧化剂溶液中，10-60分钟后取出聚砜酰胺纱线并晾干；
(3)、采用气相沉积法，将步骤(2)中的聚砜酰胺纱线与3,4-乙烯二氧噻吩原位聚合反应，反应温度为75-85℃，真空度为5×10-5-9×10-5Pa，反应时间为8-30分钟，制得聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线，然后将该纱线清洗、晾干即可。
2.根据权利要求1所述的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，干燥温度为60-80℃。
3.根据权利要求1所述的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氧化剂溶液中的FeCl3的含量为20-100g/L。
4.根据权利要求1所述的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，聚砜酰胺纱线和氧化剂溶液的加入量配比为150-250mg/L。
5.根据权利要求1所述的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，聚砜酰胺纱线与3,4-乙烯二氧噻吩的加入量比为2-20mg/mL。
6.根据权利要求1所述的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，原位聚合反应温度为80℃，真空度为5×10-5-9×10-5Pa，反应时间为10分钟。
7.一种聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线，其特征在于：所述权利要求1-6中任一项权利要求制备。
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