导电聚苯胺纤维的制备与改性

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聚苯胺(Polyaniline,PANI)作为一种带有共轭双键的结构型导电高分子,拥有特殊的电学、光学性质,在开发及制备各种具有特殊功能的设备和材料上有很大的应用前景。与其他导电高分子相比,其制备相对简单高效,稳定性好且导电率高,因此聚苯胺是过去50年来颇受关注的聚合物之一。通过将导电聚苯胺制备成纤维形态,可以在智能织物、电磁屏蔽等多种领域得到应用。然而,在制备聚苯胺纤维时,由于PANI熔点高,在熔化前已经分解无法进行熔融纺丝;同时其溶解性较差,只能溶解在极少数高极性、高沸点有机溶剂中,也造成湿法纺丝的困难,这在一定程度上影响着聚苯胺纤维的大范围应用。针对聚苯胺纺丝方面的困难,本文将使用廉价易得且低毒的N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl Pyrrolidone,NMP)作为PANI纺丝溶剂,着眼于克服在使用该溶剂制备纺丝原液过程中出现的稳定性差、易产生凝胶的缺点,从配制纺丝原液和湿法纺丝这两个大的方面出发,优化制备聚苯胺导电纤维的工艺方法,从而制备出导电度可控且具有一定机械强度的纯导电聚苯胺纤维。同时,通过与其他高分子共混,制备了一系列聚苯胺共混纤维。借助扫描电子显微镜(SEM)、凝胶渗透色谱(GPC)、导电率测试、力学性能测试等分析手段,系统地研究了其微观结构、力学性能、导电性能及相互关系作用。研究表明,通过球磨法和添加适当的抗凝剂可以很好的解决PANI在NMP中的溶解性问题,有助于得到均一稳定的纺丝原液。通过合理控制纺丝原液制备和纺丝工艺参数,并进行质子酸掺杂,可以制得具有一定机械强度且导电度可控的聚苯胺纤维,其电导率可达4.5 S/cm。进一步地,通过制备聚苯胺/其他高分子共混纤维并进行相应分析,得出具有与聚苯胺良好相容性的聚乙烯吡咯烷酮与聚苯胺共混后效果最佳,所得纤维内部均匀致密,力学性能和电导率均最高,电导率最高可达1.80×10-3 S/cm。本课题研究的相关制备工艺已应用于工厂小规模试生产并制得较好的纤维产品,为聚苯胺纤维的下一步工业化生产提供了相关参考,具有一定的实际应用价值。
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