聚吡咯-聚乙烯醇復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備及性能研究.pdf

1、聚吡咯導(dǎo)電高分子材料具有導(dǎo)電性能優(yōu)異、合成方法簡單、廉價易得等優(yōu)點，近些年來，通過原位聚合法制備聚吡咯包覆型導(dǎo)電紙成為導(dǎo)電材料領(lǐng)域研究熱點。但以天然植物纖維為基材制備的聚吡咯導(dǎo)電紙在力學(xué)性能上存在很大缺陷，限制了其推廣應(yīng)用。聚乙烯醇（PVA）纖維是一種結(jié)構(gòu)含有羥基的親水性化學(xué)纖維，力學(xué)強度高，且具有易熔融特性，能在纖維交織處起到粘接作用，可以用來提高紙張強度。本文選用60℃水溶性 PVA纖維作為基材，制備聚吡咯/聚乙烯醇（PPy/PVA

2、）復(fù)合導(dǎo)電纖維，然后以一定比例與植物纖維混合抄造導(dǎo)電紙。對 PVA纖維進(jìn)行陽離子改性，改善聚吡咯在其表面的吸附能力，進(jìn)一步提高復(fù)合導(dǎo)電紙的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。
　　以三氯化鐵、過硫酸銨（APS）分別作為氧化劑，對甲苯磺酸（PTSA）為摻雜劑，采用原位聚合法制備PPy/PVA復(fù)合導(dǎo)電纖維（PPy·FeCl3/PVA、PPy·APS/PVA），對PPy/PVA導(dǎo)電纖維的結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究。紅外光譜（FT-IR）檢測結(jié)果

3、表明，不同氧化劑作用下，PPy/PVA纖維結(jié)構(gòu)有差異，主要是由于 PPy摻雜程度不同造成的。掃描電鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）觀察到FeCl3作氧化劑制備的PPy呈規(guī)則珊瑚狀， PPy/PVA纖維表面的導(dǎo)電層更加致密完整。而APS作氧化劑制備的PPy微觀形貌呈球形顆粒狀，纖維表面包覆的導(dǎo)電層不夠均勻連貫。X-射線光電子能譜以及元素分析檢測結(jié)果皆表明，F(xiàn)eCl3作氧化劑時，PPy具有更高的摻雜水平。熱重分析（TGA）檢測結(jié)果顯示，

4、PPy·FeCl3/PVA比PPy·APS/PVA纖維具有更高的熱穩(wěn)定性。
　　將 PPy/PVA導(dǎo)電纖維與植物纖維以一定比例混合，制得一系列復(fù)合導(dǎo)電紙，探討制備工藝對紙張導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，吡咯用量為40％（相對于絕干PVA纖維），摻雜劑PTSA與吡咯單體摩爾比為1:1，氧化劑FeCl3與吡咯單體摩爾比為2:1，在冰水浴中反應(yīng)5 h，制得PPy/PVA導(dǎo)電纖維，與植物纖維以1:1比例混合，干燥溫度為105℃，

5、在此工藝條件下制備的導(dǎo)電紙兼具優(yōu)異的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。儲存溫度和氣體環(huán)境對導(dǎo)電紙的導(dǎo)電穩(wěn)定性具有重要影響，高溫空氣環(huán)境下，PPy易發(fā)生氧化，紙張導(dǎo)電性能衰減嚴(yán)重，真空環(huán)境有助于紙張導(dǎo)電性能的穩(wěn)定。
　　通過接枝共聚的方法，以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）為單體，硝酸鈰銨（CAN）為引發(fā)劑，對PVA纖維進(jìn)行陽離子改性。探討了DMC用量、CAN用量以及反應(yīng)溫度對PVA纖維接枝率和表面電荷密度的影響。研究結(jié)果表明，DMC濃度為

6、0.6 mol/L，CAN濃度為16×10-3 mol/L，反應(yīng)溫度控制在40℃時，PVA纖維接枝率達(dá)到41%左右，纖維表面電荷密度為927 mmol/Kg漿。通過FT-IR對改性PVA纖維的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，檢測結(jié)果表明 DMC在纖維表面發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，成功制得陽離子 PVA纖維（c-PVA）。通過SEM對陽離子化PVA纖維、PPy/c-PVA導(dǎo)電纖維和復(fù)合導(dǎo)電紙的表面形貌進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，改性后PVA纖維表面變粗糙；PPy在陽離子