RO137354A2 - Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol - Google Patents

Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol Download PDF

Info

Publication number
RO137354A2
RO137354A2 ROA202100529A RO202100529A RO137354A2 RO 137354 A2 RO137354 A2 RO 137354A2 RO A202100529 A ROA202100529 A RO A202100529A RO 202100529 A RO202100529 A RO 202100529A RO 137354 A2 RO137354 A2 RO 137354A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
polypyrrole
fabric
functionalized
electroconductive
textile
Prior art date
Application number
ROA202100529A
Other languages
English (en)
Inventor
Raluca Maria Aileni
Laura Chiriac
Doina Toma
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Textile Şi Pielărie - Bucureşti
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Textile Şi Pielărie - Bucureşti filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Textile Şi Pielărie - Bucureşti
Priority to ROA202100529A priority Critical patent/RO137354A2/ro
Publication of RO137354A2 publication Critical patent/RO137354A2/ro

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Abstract

Invenţia se referă la filme polimerice electroconductive, la un procedeu de realizare a acestora şi la un compozit textil funcţionalizat cu filme polimerice care este destinat realizării electrozilor textili, aplicaţiilor tehnice pentru electronică sau pentru realizarea textilelor inteligente . Filmele polimerice conform invenţiei sunt obţinute dintr-o pastă electroconductivă cu următorul conţinut exprimat în procente masice: 7...10% matrice polimerică PVA, 81...87% apă distilată şi 6...9% polipirol. Procedeul de realizare conform invenţiei constă în obţinerea filmului polimeric prin amestecarea cu ajutorul unui agitator mecanic timp de 10...20 minute a următoarelor componente: polipirol, soluţie de alcool polivinilic şi apă distilată obţinută prin amestecare magnetică timp de 40...50 min la o temperatură cuprinsă între 82...85°C. Compozitul textil conform invenţiei este funcţionalizat în două etape prin fierbere alcalină/albire a ţesăturii realizată 100% din bumbac şi clătiri succesive, urmată de depunerea pe suprafaţa ţesăturii a dispersiei polimerice pe bază de polipirol cu proprietăţi electroconductive, prin procedeul peliculizării, imprimării directe sau raclării pe suprafaţa ţesăturii, urmată de uscare liberă la o temperatură cuprinsă între 20...22°C timp de 24 ore şi de reticulare la temperatura de 140...160°C timp de 3...5 minute, utilizând un sistem de încălzire pebază de rezistenţe electrice, compozitul textil funcţionalizat dobândind proprietăţi electroconductive cu rezistenţa electrică de suprafaţă cuprinsă între 105...108 Ω .

Description

i MjlWb'ITH Șl MWU.
^rfar^ de brevet de invenție
DESCRIERE ’prwiv ue inowi uo mvr ijn ,r (x ^2.) 029 '* \ it***!·*****········*·,«···«m····
Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol
Invenția se referă la materiale textile electrodice compozite cu proprietăți electroconductive, procedeul de realizare a materialelor textile electrodice compozite utilizând filme polimerice pe bază de matrice polimerică PVA și polipirol sau dispersie pe bază de polipirol, compoziția chimică a filmului polimeric. Materialele textile electrodice compozite sunt destinate realizării de electrozi textili pentru senzori, aplicațiilor tehnice pentru electronică sau textile inteligente. Materialele compozite sunt obținute într-o singură etapă:
1. Depunerea unui film polimeric Bl (pe bază de matrice polimerică PVA și polipirol) sau a unei dispersii B2 pe bază de polipirol pe țesătura A din bumbac 100% prin procedeul peliculizării, imprimării directe sau raclării rezultând suprafața Al sau A2 funcționalizată.
Astfel, pe țesătura A se depune un film polimeric (Bl) conținând matricea polimerică PVA și polipirol prin peliculizare, imprimare directă sau radare, sau dispersia (B2) pe bază de polipirol, urmată de uscare liberă la 2O...22°C timp de 24h și de reticulare la 140-160° C, ulterior pregătirii, constând în fierbere-albire și clătiri successive, și rezultând țesătura funcționalizată Al sauA2.
Cercetările științifice privind realizarea compozitelor electrodice micro și nanostructurate utilizând polimerii conductivi cum ar fi polipirolul prezintă interes crescut pentru specialiștii din domeniu. în general, se observă utilizarea polipirolului, oxidului de grafen și SnC12, depuse pe țesături din poliester și având ca scop realizarea capacitorilor pentru stocarea energiei [1,2, 3,4, 5].
De asemenea, electrozii textili din bumbac cu acoperiri pe bază de polipirol și nanotuburi de carbon cu mai multe straturi (MWCNT) au fost fabricați prin metoda dip and dry, urmată de electrodepunere [6, 7, 8, 9]. Polipirolul este utilizat pentru realizarea electrozilor în combinație cu oxidul de grafen, nanotuburile de carbon sau oxid de cupru (CuO) [10].
La nivel mondial există brevetele US4803096A, CN104328473A, US20030143453A1, US7468332B2, US7531203B2 și US4975317A care prezintă invenții de materiale compozite conductive pe bază de polipirol depus pe materiale textile (țesute, nețesute sau tricoturi) prin electrodepunere, layer-by layer sau procese de depunere epitaxiale [11, 12, 13, 14,15, 16].
Suportul textil A se realizează prin țesere pe mașini de țesut convenționale și are în urzeală fire cu densitatea de lungime 50x2 tex din 100% fibre de bumbac și în bătătură fire cu densitatea de lungime 50x3 tex, din 100% fibre de bumbac cu desimea în urzeală 285 ...g95 fire/10 cm, iar în bătătură 90...100 fire/10 cm, cu legătură pânză. Masa pe unitatea de suprafață a țesăturii A este cuprinsă între 475 și 480 g/m .
Procedeul de realizare a materialelor electrodice compozite, conform invenției, se compune din operațiile de pregătire a suportului țesut A constând în curățare alcalină și albire, operația de depunere a filmului polimeric (Bl) sau a dispersiei (B2) pe țesătura A prin procedeul peliculizării, imprimării directe sau raclării urmată de uscare liberă la 2O...22°C timp de 24h și de reticulare la 140...160° C timp de 3...5 minute.
Operația de pregătire a țesăturii A prin procedeul de epuizare, se realizează la un raport de flotă de 1:5...1:10, constând în curățare alcalină cu o soluție care conține 8...10 g/L hidroxid de sodiu 50%, 2...4 g/L carbonat de sodiu, 1...2 g/L agent tensioactiv de udare - spălare neionic, la temperatura de 95...98° C, timp de 60...90 minute, clătiri succesive cu apă fierbinte și caldă, albire cu 10...20 mL/L apă oxigenată 30% p.a., 2...4 g/1 hidroxid de sodiu 50%, 1...2 g/L agent tensioactiv de udare - spălare neionic, 0,5...1 g/1 agent de stabilizare a apei oxigenate, la temperatura de 95...98° C, timp de 60 minute, clătiri succesive cu apă fierbinte și caldă, neutralizare cu 0,5...1 ml/1 acid acetic 60%, uscare prin convecție sau prin activare termică controlată timp de 30...60 secunde în câmp de microunde generat de un generator de înaltă tensiune la frecvența de 2,4 GHz și puterea de 700W.
Operațiile de pregătire a suportului țesut A constând în curățare alcalină și albire au ca scop stabilizarea dimensională, îndepărtarea însoțitorilor naturali și tehnologici ai fibrelor și țesăturii, îmbunătățirea hidrofiliei și capacității de absorbție a substanțelor polimerice, astfel încât suportul textil A să devină o suprafață curățată în profunzime si hidrofilă, la care filmul polimeric Bl, pe bază de matrice polimerică PVA și polipirol, sau dispersia B2 pe bază de 5 wt % de polipirol, să adere. Filmul polimeric Bl sau dispersia B2, pe bază de polipirol, sunt depuse pe țesătura A, în strat continuu și uniform și asigură un nivel al rezistenței electrice de £ O suprafață cuprinse între 10 ...10 Ω pe suprafața țesăturii A.
Operația de realizare a materialelor electrodice compozite constă în:
-obținerea țesăturii Al sau A2 funcționalizată prin depunerea filmului polimeric Bl, pe bază de matrice polimerică PVA și polipirol (PPy), sau a dispersiei B2 pe bază de PPy, urmată de uscare liberă la 2O...22°C timp de 24h și reticulare controlată utilizând un sistem de încălzire pe bază de rezistențe electrice, la o temperatură de 140... 160 °C, timp de 3...5 minute;
Obținerea suprafeței Al electroconductive după depunerea filmului Bl electroconductiv, pe bază de matrice polimerică PVA și PPy (figura 1) sau a suprafeței electro conductive A2 după depunerea dispersiei pe bază de PPy B2, se realizează prin reticulare la
temperaturi de 140-160 0 C, timp de 3...5 minute, prin convecție, de preferință utilizând un sistem de încălzire cu aer cald pe bază de rezistențe electrice.
Invenția prezintă următoarele avantaje:
- prin procedeele de peliculizare, imprimare directă, sau radare se pot obține materiale textile electrodice compozite pentru realizărea de electrozilor textili pentru senzori, aplicații tehnice pentru electronică sau textile inteligente;
- datorită uscării libere timp de 24 de ore și reticulării termice, filmul electroconductive Bl și dispersia B2 se fixează pe țesătura A și permite obținerea de materiale electrodice compozite cu proprietăți electroconductive pentru realizarea de electrozi textili având valori ale rezistenței de suprafață cuprinse între 105 ...IO8 Ω.
- datorită filmului polimeric Bl pe bază de matrice polimerică alcool polivinilic (PVA) și polipirol (PPy), suprafața textilă devine conductivă sau semiconductivă după reticularea la temperatura de 140...160 °C timp de 3...5 minute. Valorile pentru rezistența de suprafață sunt între IO7-108 Ω pentru filmul polimeric Bl, pe bază de PVA și PPy, depus pe țesătura A, respectiv de 105 Ω pentru pelicula polimerică obținută prin depunerea dispersiei B2 pe bază PPy pe țesătura A.
-datorită conținutului de polimer conductiv PPy, materialul compozit poate fi utilizat la realizarea unor electrozi textili sau textile inteligente.
-datorită filmului polimeric Bl pe bază de matrice polimerică PVA și PPy, sau peliculei polimerice B2 pe bază de dispersie PPy, depuse prin peliculizare, imprimare directă, radare și reticulate pe suprafața țesăturii A, se obține un compozit cu rezistența electrică de suprafață între 105 - 108 Ω.
Caracterul de noutate al invenției constă în aceea că, filmul polimeric Bl sau dispersia B2, sunt aderente la suprafața țesăturii A și reticulează la 140-160° C, după 3...5 minute, prezentând valori ale rezistenței electrice de suprafață reduse (105...IO8 Ω), caracteristice materialelor electroconductive cu potențial de utilizare pentru electrozii textili.
De asemenea, caracterul de noutate constă și în utilizarea pentru realizarea materialului compozit a filmului polimeric electro conductive B1 sau a dispersiei polimerice B2 pe bază de polipirol, depuse prin peliculizare, imprimare directă sau radare pe suprafața țesăturii A.
Bibliografie
1. Li, X., Liu, R., Xu, C., Bai, Y., Zhou, X., Wang, Y., & Yuan, G. (2018). High-perfbrmance polypyrrole/graphene/SnC12 modified polyester textile electrodes and yam electrodes for wearable energy storage. Advanced Funcțional Materials, 28(22), 1800064.
2. Xu, J., Wang, D., Yuan, Y., Wei, W., Duan, L., Wang, L., ... & Xu, W. (2015). Polypyrrole/reduced graphene oxide coated fabric electrodes for supercapacitor application. Organic Electronics, 24, 153-159.
3. Yan, J., Ma, Y., Zhang, C., Li, X., Liu, W., Yao, X., ... & Luo, S. (2018). PolypyrroleMXene coated textile-based flexible energy storage device. RSC advances, 8(69), 3974239748.
4. Wang, L., Zhang, C., Jiao, X., & Yuan, Z. (2019). Polypyrrole-based hybrid nanostructures grown on textile for wearable supercapacitors. Nano Res, 12(5), 1129-1137.
5. Barakzehi, M., Montazer, M., Sharif, F., Norby, T., & Chatzitakis, A. (2019). A textilebased wearable supercapacitor using reduced graphene oxide/polypyrrole composite. Electrochimica Acta, 305, 187-196.
6. Liu, C., Cai, Z., Zhao, Y., Zhao, FL, & Ge, F. (2016). Potentiostatically synthesized flexible polypyrrole/multi-wall carbon nanotube/cotton fabric electrodes for supercapacitors. Cellulose, 23(1), 637-648.
7. Bober, P., Stejskal, J., Sedănkovâ, L, Trchovă, M., Martinkovâ, L., & Marek, J. (2015). The deposition of globular polypyrrole and polypyrrole nanotubes on cotton textile. Applied Surface Science, 356, 737-741.
8. Lima, R. M., Alcaraz-Espinoza, J. J., da Silva Jr, F. A., & de Oliveira, Η. P. (2018). Multifuncțional wearable electronic textiles using cotton fibers with polypyrrole and carbon nanotubes. ACS applied materials & interfaces, 10(16), 13783-13795.
9. Luo, X., Liang, Y., Weng, W„ Hu, Z„ Zhang, Y., Yang, J., ... & Zhu, M. (2020). Polypyrrole-coated carbon nanotube/cotton hybrid fabric with high areal capacitance for flexible quasi-solid-state supercapacitors. Energy Storage Materials, 33,11-17.
10. Xu, J., Wang, D., Yuan, Y„ Wei, W„ Gu, S., Liu, R., ... & Xu, W. (2015). Polypyrrolecoated cotton fabrics for flexible supercapacitor electrodes prepared using CuO nanoparticles as template. Cellulose, 22(2), 1355-1363.
11. Kimbrell Jr, W. C., & Kuhn, Η. H. (1989). Electrically conductive textile materials and method for making same. Google Patents, US4803096A.
12. Method for preparation of polypyrrole surface modified polymer conductive material by electrochemical deposition technology, CN104328473A.
13. Ren, Z„ Wen, J„ Chen, J., Huang, Z., & Wang, D. (2008). U.S. Patent No. 7,442,284. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
14. Avloni, J. (2008). U.S. Patent No. 7,468,332. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
15. Tao, X., Leung, S. Μ. Y., Yuen, M. C. W., Kwok, W. Y., & Ho, H. L. (2009). U.S. Patent No. 7,531,203. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
16. Kuhn, Η. H., & Kimbrell Jr, W. C. (1990). U.S. Patent No. 4,975,317. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Claims (3)

  1. REVENDICĂRI
    1. Compoziția filmului polimeric Bl se caracterizează prin aceea că este obținut dintr-o pastă electroconductivă cu conținut: 7...10% PVA, 87...81% apă distilată și 6...9% polipirol.
  2. 2. Procedeul de obținere a filmului polimeric electroconductiv Bl pe bază de matrice polimerică PVA și polipirol conform revendicării 1, constă în aceea că filmul polimeric Bl este obținut prin amestecarea cu ajutorul unui agitator mecanic timp la 10...20 minute a următoarelor componente: polipirol, soluție de alcool polivinilic și apă distilată obținută prin amestecare magnetică timp de 40...50 minute la temperatura de 82...85° C.
  3. 3. Compozitul textil funcționalizat prin depunerea dispersiei B2 pe bază de polipirol sau a filmului polimeric Bl cu proprietăți electroconductive se caracterizează prin aceea că este funcționalizat prin aplicarea dispersiei B2 sau a filmului polimeric electroconductiv Bl pe suprafața țesăturii A, având compoziția conform revendicării 1 și fiind obținut conform revendicării 2, prin procedeul peliculizării, imprimării directe sau raclării pe suprafața țesăturii A urmată de uscare liberă la 2O...22°C timp de 24h, de reticulare la temperatura de 140...160 0 C timp de 3...5 minute, utilizând un sistem de încălzire pe bază de rezistențe electrice, ulterior pregătirii, constând în fierbere-albire, clătiri successive. Procedeele de funcționalizare conduc la obținerea unor compozite electrodice cu proprietăți electroconductive având rezistența electrică de suprafață 105...IO8 Ω, fiind destinate realizării electrozilor textili, aplicațiilor tehnice pentru electronică sau pentru textile inteligente.
ROA202100529A 2021-09-07 2021-09-07 Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol RO137354A2 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA202100529A RO137354A2 (ro) 2021-09-07 2021-09-07 Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA202100529A RO137354A2 (ro) 2021-09-07 2021-09-07 Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO137354A2 true RO137354A2 (ro) 2023-03-30

Family

ID=85772274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA202100529A RO137354A2 (ro) 2021-09-07 2021-09-07 Materiale electrodice polimerice compozite microstructurate pe bază de polipirol

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO137354A2 (ro)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barakzehi et al. A textile-based wearable supercapacitor using reduced graphene oxide/polypyrrole composite
Levitt et al. Electrospun MXene/carbon nanofibers as supercapacitor electrodes
Hasan et al. Two-dimensional MXene-based flexible nanostructures for functional nanodevices: a review
Chen et al. A multifunctional interface design on cellulose substrate enables high performance flexible all-solid-state supercapacitors
Bai et al. Graphene/carbon nanotube/bacterial cellulose assisted supporting for polypyrrole towards flexible supercapacitor applications
Niu et al. Facile fabrication of highly conductive, waterproof, and washable e-textiles for wearable applications
Lei et al. Commercial Dacron cloth supported Cu (OH) 2 nanobelt arrays for wearable supercapacitors
Pu et al. Wearable Textile-Based In-Plane Microsupercapacitors.
CN108315834B (zh) 一种阵列式磁性还原氧化石墨烯-炭纳米纤维的制备方法
CN104451925B (zh) 一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用
Gong et al. Fabrication of highly conductive and multifunctional polyester fabrics by spray-coating with PEDOT: PSS solutions
Lv et al. Transforming commercial regenerated cellulose yarns into multifunctional wearable electronic textiles
CN104790067B (zh) 纳米导电高分子/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用
Mengal et al. Fabrication of a flexible and conductive lyocell fabric decorated with graphene nanosheets as a stable electrode material
Abdah et al. Supercapacitor with superior electrochemical properties derived from symmetrical manganese oxide-carbon fiber coated with polypyrrole
Li et al. Three-dimensional stretchable fabric-based electrode for supercapacitors prepared by electrostatic flocking
WO2015061327A1 (en) Method for preparing graphene oxide films and fibers
Azani et al. Electronic textiles (E-Textiles): Types, fabrication methods, and recent strategies to overcome durability challenges (washability & flexibility)
CN110714337B (zh) 一种基于不同织物组织CNTs涂层传感织物的制备方法
CN102779648B (zh) 一种超级电容器用柔性电极材料的制备方法
CN111535024B (zh) 一种具有汗液超快速蒸发与单向导湿性能的无纺布及其制备方法
Gao et al. Ultrasonication induced adsorption of carbon nanotubes onto electrospun nanofibers with improved thermal and electrical performances
Duygun et al. Structurally integrated Ti3C2Tx MXene/cotton fabric electrodes for supercapacitor applications
Zhang et al. Layer-by-layer assembly of graphene oxide on viscose fibers for the fabrication of flexible conductive devices
Shi et al. Flexible MXene decorative nonwovens with patterned structures for integrated joule heating and strain sensing