聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法。芳綸纖維表面平滑且具較強(qiáng)的化學(xué)惰性，難以吸附苯胺單體獲得復(fù)合導(dǎo)電纖維。本發(fā)明以芳綸纖維為基材，使用氫氧化鈉溶液對其進(jìn)行表面刻蝕，使芳綸纖維表面產(chǎn)生明顯的凹痕缺陷，基于傅里德-克拉夫茨反應(yīng)，使用環(huán)氧氯丙烷對其芳綸纖維進(jìn)行表面改性，在芳綸纖維分子主鏈的苯環(huán)上引入反應(yīng)活性較大的環(huán)氧基團(tuán)，使得苯胺可以以此為活性點(diǎn)，在芳綸纖維上接枝聚合，制備復(fù)合導(dǎo)電纖維。本發(fā)明對芳綸纖維進(jìn)行表面改性，降低其表面的化學(xué)惰性，制備的復(fù)合導(dǎo)電纖維電阻率低，導(dǎo)電性能優(yōu)越。
【專利說明】聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電纖維，具體涉及一種聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺(PANI)具有較高的導(dǎo)電率，原料便宜，性能穩(wěn)定，且合成方法簡單，摻雜機(jī)理清晰及摻雜程度可控制，因而成為當(dāng)前最有希望獲得工業(yè)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物材料之一。但由于分子鏈的剛性和鏈間極性的相互作用使其溶解性極低，幾乎不溶于任何有機(jī)溶劑，給摻雜態(tài)聚苯胺的成膜及加工帶來了困難，嚴(yán)重妨礙了其在各個(gè)領(lǐng)域的大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此改進(jìn)聚苯胺的加工性能是促進(jìn)聚苯胺實(shí)用化的技術(shù)關(guān)鍵。已有的研究表明，通過聚苯胺復(fù)合改性技術(shù)可克服其加工性差的缺點(diǎn)，獲得具有多功能性的復(fù)合材料，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]芳綸纖維(Aramid fiber，ARF)，是一種新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿和重量輕等優(yōu)良性能，是一類新型的特種用途合成纖維。由于ARF具有超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫和耐酸耐堿等優(yōu)點(diǎn)，將其運(yùn)用于制備復(fù)合纖維不僅可使纖維具有良好的導(dǎo)電性能，還能較好地保持基質(zhì)纖維的力學(xué)性能，通過PANI與ARF兩者的復(fù)合，制備PANI/ARF復(fù)合導(dǎo)電纖維，是目前制備PANI導(dǎo)電纖維最有前景的方法之一，它使PANI材料的廣泛應(yīng)用成為可能。但ARF的表面平滑且具有較強(qiáng)的化學(xué)惰性，難以在ARF表面尋找反應(yīng)的活性基點(diǎn)，因此制備PANI/ARF復(fù)合導(dǎo)電纖維，需要對ARF進(jìn)行表面改性處理以提高其表面反應(yīng)活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法，對芳綸纖維進(jìn)行表面改性，降低芳綸纖維表面的化學(xué)惰性，利于PANI與ARF兩者的復(fù)合。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于:
由以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一:清洗芳綸纖維表面的油脂，取2 g未經(jīng)處理的芳綸纖維，置于100 mL丙酮中，超聲30 min，然后以蒸餾水洗凈，并置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30 min，最后以蒸餾水反復(fù)洗凈，干燥備用；
將清洗過的芳綸纖維放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，于回流溫度下攪拌2 h，之后以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘干，制備得到堿處理的ARF，記為SH-ARF ；
步驟二:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環(huán)氧氯丙烷，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應(yīng)期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水沖洗凈，之后在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢后以蒸餾水洗至濾液呈中性，并將其干燥，制備得到環(huán)氧氯丙烷改性的ARF纖維，記為 ECP-ARF ；
步驟三:將0.1-1gECP-ARF浸泡于1-5 mL苯胺中15-90 min，然后同時(shí)加入到90 mL摩爾體積濃度為0.5-3 mo I/L的鹽酸溶液中，在0_35 0C條件下，滴加過硫酸銨溶液20 mL,控制過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為(0.5:1)-(2.5:1)，引發(fā)苯胺單體在ECP-ARF表面聚合，反應(yīng)9 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水洗至濾液呈中性，于室溫下干燥，制備得聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維。
[0006]所述的芳綸纖維為對位芳綸纖維或間位芳綸纖維。
[0007]如所述的聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法制得的聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維。
[0008]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明以環(huán)氧氯丙烷對芳綸纖維進(jìn)行表面改性，在芳綸纖維的分子主鏈上引入反應(yīng)活性較大的環(huán)氧基團(tuán)，以降低ARF表面的化學(xué)惰性。同時(shí)，苯胺可以以此為活性點(diǎn)，在ARF上接枝聚合，從而更有利于制備電阻率較低的PANI/ARF復(fù)合導(dǎo)電纖維，電阻率在2.0X IO5Ω.m -7.5 X IO5 Ω.m 范圍內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0010]本發(fā)明以ARF為基材，使用氫氧化鈉溶液對其進(jìn)行刻蝕，使ARF表面產(chǎn)生明顯的凹痕缺陷。然后，基于傅里德-克拉夫茨反應(yīng)(Friedel-Crafts reaction,苯環(huán)上的親電取代)，使用環(huán)氧氯丙烷(ECP)對其ARF進(jìn)行表面改性，在苯環(huán)上引入反應(yīng)活性較大的環(huán)氧基團(tuán)，使得苯胺可以以此為活性點(diǎn)，在ARF上接枝聚合，從而制備導(dǎo)電性優(yōu)異的PANI/ECP-ARF復(fù)合導(dǎo)電纖維。具體由以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一:清洗芳綸纖維表面的油脂，取2 g未經(jīng)處理的芳綸纖維(對位芳綸纖維或間位芳綸纖維)，置于100 mL丙酮中，超聲30 min，然后以蒸餾水洗凈，并置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30 min，最后以蒸餾水反復(fù)洗凈，干燥備用；
將清洗過的芳綸纖維放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，于回流溫度下攪拌2 h，之后以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘干，制備得到堿處理的ARF，記為SH-ARF ；
步驟二:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環(huán)氧氯丙烷，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應(yīng)期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水沖洗凈，之后在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢后以蒸餾水洗至濾液呈中性，并將其干燥，制備得到環(huán)氧氯丙烷改性的ARF纖維，記為 ECP-ARF ；
步驟三:將0.1-1gECP-ARF浸泡于1-5 mL苯胺中15-90 min，然后同時(shí)加入到90 mL摩爾體積濃度為0.5-3 mol/L的鹽酸溶液中，在O -35 °C條件下，滴加過硫酸銨溶液20 mL，控制過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為(0.5:1)-(2.5:1)，引發(fā)苯胺單體在ECP-ARF表面聚合，反應(yīng)9 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水洗至濾液呈中性，于室溫下干燥，制備得聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維。
[0011]實(shí)施例1:
步驟一:清洗芳綸纖維表面的油脂，取2 g未經(jīng)處理的芳綸纖維(對位芳綸纖維或間位芳綸纖維)，置于100 mL丙酮中，超聲30 min，然后以蒸餾水洗凈，并置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30 min，最后以蒸餾水反復(fù)洗凈，干燥備用；
將清洗過的芳綸纖維放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，于回流溫度下攪拌2 h，之后以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘干，制備得到堿處理的ARF，記為SH-ARF ；
步驟二:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環(huán)氧氯丙烷，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應(yīng)期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水沖洗凈，之后在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢后以蒸餾水洗至濾液呈中性，并將其干燥，制備得到環(huán)氧氯丙烷改性的ARF纖維，記為 ECP-ARF ；
步驟三:將0.1gECP-ARF浸泡于I mL苯胺中15 min，然后同時(shí)加入到90 mL摩爾體積濃度為0.5 mol/L的鹽酸溶液中，在O X條件下，滴加過硫酸銨溶液20 mL，控制過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為0.5:1，引發(fā)苯胺單體在ECP-ARF表面聚合，反應(yīng)9 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水洗至濾液呈中性，于室溫下干燥，制備得聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維，測得其電阻率為7.5 X IO5 Ω * m0
[0012]實(shí)施例2:
步驟一:清洗芳綸纖維表面的油脂，取2 g未經(jīng)處理的芳綸纖維(對位芳綸纖維或間位芳綸纖維)，置于100 mL丙酮中，超聲30 min，然后以蒸餾水洗凈，并置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30 min，最后以蒸餾水反復(fù)洗凈，干燥備用；
將清洗過的芳綸纖維放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，于回流溫度下攪拌2 h，之后以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘干，制備得到堿處理的ARF，記為SH-ARF ；
步驟二:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環(huán)氧氯丙烷，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應(yīng)期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水沖洗凈，之后在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢后以蒸餾水洗至濾液呈中性，并將其干燥，制備得到環(huán)氧氯丙烷改性的ARF纖維，記為 ECP-ARF ；
步驟三:將0.2gECP-ARF浸泡于2 mL苯胺中30 min，然后同時(shí)加入到90 mL摩爾體積濃度為I mol/L的鹽酸溶液中，在20 °C條件下，滴加過硫酸銨溶液20 mL，控制過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為1:1，引發(fā)苯胺單體在ECP-ARF表面聚合，反應(yīng)9 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水洗至濾液呈中性，于室溫下干燥，制備得聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維，測得其電阻率為6.0 X IO5 Ω.πι。
[0013]實(shí)施例3:
步驟一:清洗芳綸纖維表面的油脂，取2 g未經(jīng)處理的芳綸纖維(對位芳綸纖維或間位芳綸纖維)，置于100 mL丙酮中，超聲30 min，然后以蒸餾水洗凈，并置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30 min，最后以蒸餾水反復(fù)洗凈，干燥備用；
將清洗過的芳綸纖維放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，于回流溫度下攪拌2 h，之后以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘干，制備得到堿處理的ARF，記為SH-ARF ；
步驟二:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環(huán)氧氯丙烷，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應(yīng)期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水沖洗凈，之后在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢后以蒸餾水洗至濾液呈中性，并將其干燥，制備得到環(huán)氧氯丙烷改性的ARF纖維，記為 ECP-ARF ；
步驟三:將IgECP-ARF浸泡于5 mL苯胺中90 min，然后同時(shí)加入到90 mL摩爾體積濃度為3 mol/L的鹽酸溶液中，在35 0C條件下，滴加過硫酸銨溶液20 mL,控制過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為2.5:1，引發(fā)苯胺單體在ECP-ARF表面聚合，反應(yīng)9 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水洗至濾液呈中性，于室溫下干燥，制備得聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維，測得其電阻率為2.0 X IO5 Ω * m0
[0014]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實(shí)施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于: 由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一:清洗芳綸纖維表面的油脂，取2 g未經(jīng)處理的芳綸纖維，置于100 mL丙酮中，超聲30 min，然后以蒸餾水洗凈，并置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30 min，最后以蒸餾水反復(fù)洗凈，干燥備用； 將清洗過的芳綸纖維放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氫氧化鈉溶液中，于回流溫度下攪拌2 h，之后以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘干，制備得到堿處理的ARF，記為SH-ARF ； 步驟二:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環(huán)氧氯丙烷，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應(yīng)期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應(yīng)后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水沖洗凈，之后在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢后以蒸餾水洗至濾液呈中性，并將其干燥，制備得到環(huán)氧氯丙烷改性的ARF纖維，記為 ECP-ARF ； 步驟三:將0.1-1gECP-ARF浸泡于1-5 mL苯胺中15-90 min，然后同時(shí)加入到90 mL摩爾體積濃度為0.5-3 mo I/L的鹽酸溶液中，在0_35 0C條件下，滴加過硫酸銨溶液20 mL,控制過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為(0.5:1)-(2.5:1)，引發(fā)苯胺單體在ECP-ARF表面聚合，反應(yīng)9 h后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用蒸餾水洗至濾液呈中性，于室溫下干燥，制備得聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于: 所述的芳綸纖維為對位芳綸纖維或間位芳綸纖維。
3.如權(quán)利要求2所述的聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法制得的聚苯胺-改性芳綸復(fù)合導(dǎo)電纖維。
【文檔編號(hào)】D06M11/38GK103981720SQ201410241476
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】邵亮, 李曉楊, 陳姿曄 申請人:陜西科技大學(xué)