聚吡咯銀復合導電滌綸織物的制備

聚吡咯銀復合導電滌綸織物的制備

0電磁屏蔽織物該導電材料在消除靜電、制作抗靜電阻、減少輻射和電子干擾、開發(fā)磁體涂層材料等方面具有廣闊的應用市場。滌綸表面比電阻值大,屬于絕緣材料1試驗部分1.1試劑、儀器和儀器織物春亞紡滌綸織物(4.4tex/310T,單位面積質量60.9g/m金屬靶材99.999%純金屬Ag靶,99.999%高純氬氣試劑吡咯(上海科豐實業(yè)有限公司),三氯化鐵(天津贏達稀貴化學試劑廠),十二烷基苯磺酸鈉(天津光復精細化工研究所),氫氧化鈉、無水乙醇(天津風船化學試劑科技有限公司)儀器HKRITA裝置直流磁控濺射鍍膜機(肇慶灰昌真空設備有限公司),Y571D干濕摩擦牢度測試儀(深圳世創(chuàng)利科技有限公司),S-4800型場發(fā)射掃描電鏡(日本日立公司),DZF-6090真空干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司),U3402A半臺式數(shù)字萬用表(美國安捷倫公司),Datacolor600色差儀(美國Datacolor公司),HG-TC100B振蕩水浴鍋(上海梅香儀器有限公司),9080皂洗色牢度儀(標準集團有限公司)1.2聚吡咯的制備試驗以三氯化鐵為氧化劑,十二烷基苯磺酸鈉為摻雜劑,在冰水浴中進行反應。試驗步驟如下:(1)在質量分數(shù)20%的氫氧化鈉溶液中,將滌綸織物于90℃下堿減量預處理60min;然后水洗、中和、水洗、烘干,待用。(2)配制一定濃度的吡咯單體溶液,投入經(jīng)過預處理的滌綸織物(浴比1∶80),室溫避光條件下超聲處理30min;二浸二軋后,再將織物置于吡咯單體溶液中。(3)配制一定濃度的三氯化鐵溶液和十二烷基苯磺酸鈉的混合氧化液,將此溶液邊攪拌邊滴加到步驟(2)溶液中;滴加完畢后,反應容器置于冰水浴中,振蕩氧化反應一定時間。反應完成后,將試樣用3%乙醇溶液洗滌3次,再用蒸餾水洗至洗液無色,且織物表面無明顯附著的顆粒狀聚吡咯;在真空干燥箱內(nèi)60℃烘干。1.3采用聚吡咯-絲綢導線法代替金屬銀粉金屬銀將聚吡咯/滌綸織物放入真空倉內(nèi),采用直流電源對其濺射金屬銀。先將磁控濺射機預熱至一定溫度后,抽真空至本底真空度為7.0×101.4性能試驗1.4.1表面織物的電阻采用凹型銅塊電極(自制)和數(shù)字萬用表測定導電織物10處不同位置的電阻值,取其平均值。表面電阻值越小,其導電性能越好。1.4.2表面形狀采用S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察聚吡咯在滌綸織物表面的形貌,以及鍍覆銀后的表面形貌。1.4.3垂直導電性材料選擇試樣4處不同位置,利用測配色系統(tǒng)測定L1.4.4耐色牢度測試干濕摩擦牢度參考GB/T3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定。皂洗牢度參考GB/T3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》測定。2結果與討論2.1吡咯單體濃度的影響影響吡咯原位聚合的因素主要有吡咯單體濃度、摻雜劑濃度、氧化劑濃度、反應時間和溫度等。吡咯氧化聚合反應為放熱反應,較低溫度有利于反應的進行和織物導電性能的提高。因此,本試驗采用聚合溫度為0℃。為探討吡咯原位聚合條件對聚吡咯滌綸織物導電性能的影響,選擇吡咯單體濃度、三氯化鐵濃度、十二烷基苯磺酸鈉濃度和聚合反應時間4因素,設計L織物表面電阻越大,其導電性能越弱。由表2極差值可知,影響織物導電性能的因素順序為A>D>B>C,即吡咯單體濃度對導電性能影響最大,其次為聚合反應時間、三氯化鐵濃度,最后為十二烷基苯磺酸鈉濃度。對于因素A和D,水平3時織物表面電阻值最小,故選擇吡咯濃度0.8mol/L,聚合反應時間3h。吡咯單體濃度低時,在織物上聚合生成聚吡咯產(chǎn)率較低,導致電阻較大,導電性差;隨著吡咯單體濃度增大,在織物上形成聚吡咯產(chǎn)率增大,且均勻性變好,織物導電性變好。對于因素B三氯化鐵濃度,當其增加時,織物表面電阻增加。根據(jù)能斯特方程理論,體系的氧化電勢增大,聚吡咯會發(fā)生過氧化,其主鏈上部分雙鍵被氧化,破壞了聚吡咯分子共軛結構和載流子的遷移傳送,使分子鏈出現(xiàn)斷路,聚合物電導率降低,織物導電性能下降。因素B在水平1時,織物表面電阻最小,選擇三氯化鐵濃度為0.4mol/L。因素C磺酸根離子作為摻雜劑,使聚吡咯共軛結構產(chǎn)生缺陷,從而發(fā)生電荷轉移而導電,選擇十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.6mol/L。綜上,吡咯原位聚合制備滌綸導電織物的優(yōu)化工藝為:吡咯單體0.8mol/L,三氯化鐵0.4mol/L,十二烷基苯磺酸鈉0.6mol/L,在冰水浴中氧化反應3h。2.2織物表面電阻聚吡咯是一種黑色聚合物,原位聚合吡咯的滌綸織物也呈現(xiàn)黑色,使其應用受到局限。采用磁控濺射技術,可以在聚吡咯滌綸織物表面鍍上不同顏色的金屬層,在不降低聚吡咯滌綸織物導電性的基礎上,賦予其不同的色澤。試驗根據(jù)優(yōu)化的吡咯原位聚合工藝,制備聚吡咯滌綸導電織物,以此為基布,進行磁控濺射鍍覆金屬銀。滌綸原布、聚吡咯滌綸織物、聚吡咯/銀滌綸復合織物的表面電阻值如表3所示。由表3可知,滌綸織物表面電阻非常大,屬于絕緣材料。在優(yōu)化的吡咯原位聚合工藝條件下,制備的聚吡咯/滌綸復合導電織物表面電阻降至196.65Ω/cm;再經(jīng)磁控濺射鍍銀后,其電阻值下降到152.21Ω/cm。分析認為,吡咯表面的金屬銀層可有效提高織物的導電性。與直接在滌綸織物上鍍覆銀(電阻值為1.97×102.3掃描電鏡觀察對堿預處理后的滌綸原布、鍍銀織物、聚吡咯織物、聚吡咯/銀復合織物的表面形貌進行掃描電鏡觀察,結果如圖1所示。圖1(a)可見,經(jīng)堿預處理后,滌綸纖維表面有大小、形狀不同的凹點。在NaOH溶液中,聚酯纖維酯鍵水解斷裂,可以形成親水性的羧基和羥基活性基團2.4銀與織物纖維的結合度為表征聚吡咯/銀復合滌綸織物的耐摩擦和皂洗穩(wěn)定性,測定鍍銀織物、聚吡咯織物、聚吡咯/銀復合織物的干濕摩擦牢度和皂洗牢度,結果如表4所示。由表4可知,磁控濺射法鍍覆金屬滌綸織物的干濕摩擦牢度和皂洗牢度較高,說明銀與織物纖維的結合度較好。吡咯原位聚合制備的聚吡咯/滌綸導電織物,干濕摩擦牢度相對較差,在其表面鍍覆金屬后,摩擦牢度進一步下降。聚吡咯和銀在皂洗中無沾色現(xiàn)象。由表5可知,經(jīng)摩擦和皂洗后,破壞了導電織物表面的聚吡咯或聚吡咯/銀導電層,使其電阻變大,導電性降低。因此,聚吡咯/銀和滌綸纖維的結合牢度是影響其穩(wěn)定性的因素,可考慮采用如等離子體技術、紫外線輻射、激光輻射誘發(fā)等處理技術,對織物表面進行改性,提高滌綸纖維表面的反應活性,然后再原位聚合吡咯或用磁控濺射法鍍銀,提高聚吡咯或銀與織物的結合牢度,從而提高聚吡咯/銀復合滌綸織物的耐摩擦和皂洗牢度。2.5磁控水質檢測鍍銀織物、聚吡咯織物、聚吡咯/銀復合織物的總色差ΔE見表6所示。由表6可知,磁控濺射法鍍覆金屬,其色差變化很小,表明鍍覆較均勻;吡咯原位聚合制備導電織物,存在一定的色差,均勻性較鍍銀織物稍差,但在可接受范圍內(nèi)。3聚吡咯/銀復合導電織物的制備(1)吡咯原位聚合法制備導電滌綸織物的優(yōu)化工藝為:吡咯單體0.8mol/L,三氯化鐵0.4mol/L,十二烷基苯磺酸鈉0.6mol/L,冰水浴中氧化反應3h。此方法制備織物的表面電阻為196.65Ω/cm。(2)在聚吡咯/滌綸織物上鍍金屬較直接在滌綸表面鍍覆金屬,形成的膜層好,可在一定程度上改善聚吡咯/滌綸織物的導電性。聚吡咯/