复合酸掺杂聚苯胺功能织物制备及性能研究

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导电聚合物因为具有结构可设计性、结构多样化、可加工、比重轻以及容易与其它材料复合等特点而成为研究的热点。导电聚合物的种类很多,目前的研究主要集中在聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)和聚噻吩(PTH)等材料,其中PANI因为具有稳定性高、导电性好、合成容易和成本低等特点,其导电复合材料在很大程度上最有可能接近工业应用而引起研究人员的极大关注。目前已有的PANI复合纺织品基本都是采用单一酸掺杂,本课题探讨如何利用复合酸掺杂,一步合成制备多功能PANI复合导电织物,并研究其功能特性。课题研究的主要内容如下:采用HCl和H3PO4共掺杂原位聚合法(氮气保护)制备了一种新型的具有导电和阻燃功能的涤纶(PET)织物。通过红外光谱(FTIR)、X光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)等进行表征分析,结果表明:PANI成功地聚合到PET织物;通过能谱(EDS)分析,发现P元素(3.8-8.18%)在碳化过程中扮演了重要角色;通过对改性前后的PET织物热重(TGA)分析,发现改性处理能够有效改善涤纶织物的热稳定性能;通过掺杂磷酸使残渣碳残余率达到9.84%,当过硫酸铵(APS)和苯胺(An)的摩尔比达到2:1时,LOI值达到42 vol.%,具备良好的防火阻燃性能,同时当APS和An的摩尔比达到1.2:1时,电导率达到17.8 S/cm,经过10次洗涤后略有降低。采用磺基水杨酸(SSA)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)共掺杂原位聚合法制备了一种新型的导电和具有抗紫外和光催化功能的PANI/TiO2改性复合棉织物。通过FTIR、XPS、X-射线衍仪(XRD)、场发射电镜(FESEM)等手段分析了改性前后棉纤维的表面形态、元素种类和价态、结晶度的变化及其性能;当TiO2浓度为1.2 g/L时,电导率达到14.2S/cm;当TiO2浓度增加到4 g/L时,电导率略微下降,为8.8 S/cm。PANI/TiO2/Cotton复合织物防紫外线性能均达到50+,洗涤10次后依然达到防紫外线功能织物关键指标的要求;最后通过吸附和光催化降解MB的实验,研究了复合织物的吸附和光催化性能,结果表明PANI具有较好的吸附性能,并且PANI/TiO2/Cotton复合织物具有较好的吸附和光催化性能,对MB的吸附和降解的总效率高达83.05%。采用原位聚合法,在壳聚糖(CTS)存在的情况下,利用HAc和HCl共掺杂,一步合成PANI/CTS改性复合羊毛导电织物。采用氧气等离子体预处理,刻蚀羊毛表面的鳞片层,并引入活泼的自由基,提高CTS、PANI与羊毛(Wool)之间的结合力,增加结合的牢度,同时能够形成更加均匀的导电层。通过单因素分析法,得出原位聚合法制备PANI/CTS/Wool复合导电织物的最佳反应条件是:采用氧等离子体预处理,处理时间为3 min,处理功率为200 W,苯胺浓度为0.5 mol/L,苯胺浸渍时间1 h,氧化剂浓度0.009 mol/L,氧化剂浸渍时间10 s,氧化反应时间4 h,醋酸浓度为1%,CTS浓度为2.05%。制得的复合导电织物的电导率达到11.32 S/cm以上。制备的PANI/CTS/Wool复合导电织物色泽均匀,具有较好的亲水性,且具有较佳的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果经过10次洗涤后仍达到99.99%以上。采用分子动力模拟方法研究了苯胺分子在羊毛表面的吸附机理,并进一步探索在添加壳聚糖的条件下苯胺吸附量增加、吸附更加均匀的微观机理。研究发现,羊毛角蛋白上不同性质残基的带电特性以及不同残基组合区域的电场分布特性形成角蛋白分子表面对苯胺分子的竞争性吸附,是导致苯胺在羊毛表面吸附不均匀的根本原因。添加壳聚糖后,由于胺基质子化而使壳聚糖在稀酸溶液中带电基团增多,壳聚糖吸附苯胺分子后,再吸附到氨基酸残基周围,使得不活泼的氨基酸残基周围也有苯胺分子的聚集,从而整体上提高了苯胺在羊毛表面的吸附量,同时吸附的均匀度更好。分子模拟的结果与实验结果一致,并且从分子水平上解释了吸附机理。
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