專利名稱：一種聚吡咯/納米鉑復合導電纖維及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種導電纖維及其制備方法和應用，特別涉及一種聚吡咯/納米鉬 復合導電纖維及其制備方法和應用。
背景技術：
紡織品在生產加工和使用中易因摩擦和感應產生靜電，而常規纖維材料的電阻 率均在1(ΓΩ · cm以上，所產生的電荷不易逸散。靜電電荷的積累不僅會影響服裝在 穿著過程中的舒適度，還會對人體健康造成影響，且會造成電子元件損壞；靜電放電可 引起炸藥和電火工品的意外爆炸，靜電放電產生的電磁輻射會對各種電子設備、信息系 統造成電磁干擾。隨著電子技術的飛速發展，人們生產和生活中使用的電子設備和產品越來越 多，電磁輻射污染已被公認為繼大氣污染、水質污染、噪音污染后的第4大公害。電磁 輻射不僅會干擾電氣設備的正常運行，也會對人體健康帶來嚴重的威脅，是一種“看不 見、聞不到、摸不著”的污染，被稱為“無形殺手”。因此，開發具有防靜電和電磁屏蔽功能的材料，成為材料行業的重要研究領 域。在紡織品領域，導電纖維是獲得具有防靜電和電磁屏蔽功能織物的重要原料。目前，導電纖維主要有以下幾種金屬纖維、碳纖維和有機導電纖維。金屬 纖維導電性能好，耐熱，耐化學腐蝕。但對紡織品而言，金屬纖維抱合力小，紡紗性 能差，成品色澤受限制，多用于地毯和工作服面料，制成高細度纖維時價格昂貴；碳纖 維導電性能好，耐熱、耐化學藥品，但模量高、缺乏韌性、不耐彎折、無熱收縮能力， 不適合紡織品使用；而有機導電纖維包括普通紡織纖維鍍金屬，普通紡織纖維鍍碳，碳 黑、石墨、金屬或金屬氧化物等導電性物質與高聚物共混或復合紡絲制成的導電纖維， 導電高分子直接紡絲制成的有機導電纖維。導電纖維從其結構可分為導電成分均一型、 導電分成被覆型、導電成分復合型三類。由于在有機導電纖維中的聚乙炔、聚苯胺、聚 吡咯、聚噻吩等高分子導電材料直接紡絲困難，價格高難以在紡織中使用。因此從目前 的應用經驗看，被覆型和復合型有機導電纖維最適合制造紡織品。在被覆型導電纖維中，金屬被覆型導電纖維以其良好的導電性能成為很重要的 一類導電纖維。其生產工藝普遍采用化學鍍工藝，但是該種方法很大的缺點是金屬同纖 維基體的結合強度有限。為此，人們嘗試各種方法來提高結合強度。CN200910092350.4 公開的一種制備聚酰亞胺/銀復合導電纖維的方法，先將纖維表面的聚酰亞胺在強堿溶 液中水解成聚酰胺酸鹽，后同可溶性銀鹽離子交換轉變成聚酰胺酸銀鹽，最后再將聚酰 胺酸銀鹽中銀離子還原成銀。該方法得到的導電纖維中銀可深入纖維的淺表層，銀層 的 結合強度相對較高。但是無機金屬同有機纖維的本質差異使得結合強度仍然不能滿足實 際需要，而且該方法僅限于聚酰亞胺鹽纖維，通過離子交換使銀離子轉移到纖維表面的 效率低，容易造成貴金屬的浪費，成本高。導電高分子如聚苯胺、聚吡咯等，具有特殊的結構和優異的物理化學性能，通過摻雜，其室溫電導率可在絕緣體-半導體-金屬導體范圍內變化(10-9-105S/cm)，其 導電特性是它在抗靜電、電磁屏蔽和吸波材料上的重要應用基礎。當它處于半導體狀態 時，電磁損耗角的正切值為最大，對微波具有很好的吸收性能，屬于電損耗吸收劑。同 傳統的導電材料金屬等相比，導電高分子材料重量輕、韌性好、易加工、電導率易于調 節、成本低、易大面積涂敷、施工方便。為克服目前被覆型導電纖維中金屬導電層結合強度差，單純采用貴金屬成本高 等缺點，本發明采用原位合成法在纖維表面制備有機導電聚合物聚吡咯作為主要導電 層，提高導電層的結合強度，再在其上采用一步法得到納米鉬-聚吡咯層，進一步提高 導電性能。

發明內容
本發明的目的旨在提供一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維及其制備方法和應用。本發明所述的聚吡咯/納米鉬復合導電纖維具有纖維/聚吡咯層/納米鉬_聚吡 咯層的皮芯結構。所述的纖維包括天然纖維、人造纖維和合成纖維。天然纖維包括棉、麻、絲、 毛、竹，人造纖維包括粘膠纖維、人造蛋白纖維等，合成纖維包括滌綸、尼龍、腈綸、 維綸、丙綸、氯綸、氨綸等。所述的聚吡咯層是采用化學氧化法在纖維表面原位合成的，厚度在30 900nm。所述的納米鉬-聚吡咯層是在纖維/聚吡咯層上原位合成的，厚度在10 IOOnm0所述的納米鉬-聚吡咯層中鉬是以納米顆粒的形式分散在聚吡咯基體中。本發明所述的聚吡咯/納米鉬復合導電纖維的制備方法包括以下步驟1)聚吡咯層的原位合成將纖維經過適當的清洗等處理后，在氧化劑溶液中浸泡10 30min，室溫下自 然晾干或烘干，然后將處理過的纖維放入充滿吡咯蒸汽的密閉容器中0 30°C反應5 30min,最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到導電纖維A。所述的氧化劑溶液為三氯化鐵(FeCl3 · 6H20)的乙醇溶液，濃度為0.5 2.0mol/L,同時三氯化鐵也是聚吡咯的摻雜劑。2)納米鉬-聚吡咯層的原位合成將導電纖維A在濃度為0.1 1.0mol/L的氯鉬酸(H2PtCl6 · 6H20)水溶液中浸 泡0.5 2h，然后浸入濃度為0.01 O.lmol/L的吡咯水溶液中，室溫下反應6 10h， 最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到聚吡咯/納米鉬復合導電纖 維。
本發明所述的聚吡咯/納米鉬復合導電纖維比電阻為IO3 107Ω - cm,具有抗 靜電、電磁屏蔽功能，可用于普通穿著，減少因氣候干燥、磨擦等產生的靜電；又適用 于石油、天然氣、半導體、電子工業、精密儀器、醫藥衛生等領域，滿足這些領域對防 塵抗靜電、電磁屏蔽的要求。該導電纖維可直接織布，也可同普通纖維以1 10 100的比例混紡，獲得具有抗靜電、電磁屏蔽功能的紡織品。本發明制備的聚吡咯/納米鉬復合導電纖維具有以下優點1)復合導電纖維電導率高，且通過控制工藝條件可以調節纖維的電導率，滿足 不同導電性要求。2)同傳統的添加型導電纖維相比，聚吡咯作為導電組分，與無機導電填料相 比，密度小、質輕，同時只需要較少量的聚吡咯就可以在纖維表面形成完整的導電網 絡，達到良好的導電性能，更重要的一點是避免了導電填料的分散問題。同傳統的在普 通纖維表面鍍金屬、碳等無機物相比，聚吡咯也是聚合物，同纖維的相容性較好，結合 強度也高，導電纖維耐水洗，導電耐久性好。3)在聚吡咯層上再原位合成納米鉬-聚吡咯層，形成復合導電層，納米鉬的引 入進一步提高復合導電纖維的導電性能，還彌補了聚吡咯在使用過程中易出現脫摻雜導 致電導率不穩定的缺點，提高導電纖維的導電耐久性。4)在化學還原鉬的同時引發聚吡咯聚合，使鉬分散在聚吡咯基體中，獲得納米 鉬/聚吡咯層，合成方法簡單，成本低。


圖1為聚吡咯/納米鉬復合導電纖維(實施例1的產物)表面的掃描電鏡圖。圖2為聚吡咯/納米鉬復合導電纖維(實施例1的產物)的透射電鏡圖。圖3為聚吡咯/納米鉬復合導電纖維(實施例1的產物)的XRD譜圖。具體實施方法實施例1 1)聚吡咯層的原位合成將棉纖維經過清洗處理后，在l.Omol/L的三氯化鐵溶液中浸泡25min，室溫下 自然晾干或烘干，然后將處理過的纖維放入充滿吡咯蒸汽的密閉容器中0°C反應20min， 最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到導電纖維A。2)納米鉬_聚吡咯層的原位合成將導電纖維A在濃度為0.7mol/L的氯鉬酸水溶液中浸泡lh，然后浸入濃度為 0.03mol/L的吡咯水溶液中，室溫下反應6h，最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干 或烘干，即得到聚吡咯/納米鉬復合導電纖維。從圖1聚吡咯/納米鉬復合導電纖維掃描電鏡圖可以看出，聚吡咯在纖維表面形 成的導電層比較致密，致密的結構有利于提高復合導電纖維的耐水洗性、導電耐久性。從圖2聚吡咯/納米鉬復合導電纖維的透射電鏡可以看出，鉬(圖中顏色較深的 部分)是以納米顆粒的形式分散在聚吡咯基體中。在圖3聚吡咯/納米鉬復合導電纖維(實施例1的產物)的XRD譜圖中，2 θ 在39.9°、46.5°、67.8°、81.2°、85.7°處，分別對應的是Pt面心立方的(111)、 (200)、(220)、(311)、(222)晶面衍射峰，說明體系中Pt的存在。所得復合導電纖維中聚吡咯層的厚度約為500nm，納米鉬_聚吡咯層的厚度約為 40nm,復合導電纖維的比電阻為4.0Χ105Ω · cm。實施例2
1)聚吡咯層的原位合成將粘膠纖維經過清洗處理后，在0.5mol/L的三氯化鐵溶液中浸泡20min，室
溫下自然晾干或烘干，然后將處理過的纖維放入充滿吡咯蒸汽的密閉容器中10°c反應
IOmin,最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到導電纖維A。2)納米鉬-聚吡咯層的原位合成將導電纖維A在濃度為l.Omol/L的氯鉬酸水溶液中浸泡1.5h，然后浸入濃度為
O.lmol/L的吡咯水溶液中，室溫下反應8h，最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干
或烘干，即得到聚吡咯/納米鉬復合導電纖維。所得復合導電纖維中聚吡咯層的厚度約為lOOnm，納米鉬_聚吡咯層的厚度約為
IOOnm,復合導電纖維的比電阻為2.0Χ106Ω · cm。實施例3 5 制備方法同實施例1 2，改變各工藝條件，結果見表1 表 權利要求
1.一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維的制備方法，包括以下步驟1)聚吡咯層的原位合成將纖維在氧化劑溶液中浸泡10 30min，室溫下自然晾干或烘干，然后將處理過的 纖維放入充滿吡咯蒸汽的密閉容器中0 30°C反應5 30min，最后分別用乙醇和去離子 水洗滌，自然晾干或烘干，即得到導電纖維A ；2)納米鉬_聚吡咯層的原位合成將導電纖維A在濃度為0.1 1.0mol/L的氯鉬酸(H2PtCl6 · 6H20)水溶液中浸泡 0.5 2h，然后浸入濃度為0.01 0.1mol/L的吡咯水溶液中，室溫下反應6 10h，最后 分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到聚吡咯/納米鉬復合導電纖維。
2.根據權利要求1的一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維的制備方法，其特征在于所述 的氧化劑溶液為三氯化鐵(FeCl3 · 6H20)的乙醇溶液，濃度為0.5 2.0mol/L。
3.根據權利要求2的一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維的制備方法，其特征在于以所 述的導電纖維織布，或同普通纖維以1 10 100的比例混紡，獲得具有抗靜電、電磁 屏蔽功能的紡織品。
4.一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維，其特征在于具有纖維/聚吡咯層/納米鉬_聚 吡咯層的皮芯結構。
5.根據權利要求4所述的一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維，其特征在于所述的纖維 包括天然纖維、人造纖維和合成纖維之一或其組合。
6.根據權利要求4所述的一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維，其特征在于所述的聚吡 咯層是采用化學氧化法在纖維表面原位合成的，厚度在30 900nm。
7.根據權利要求6所述的一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維，其特征在于所述的納米 鉬_聚吡咯層是在纖維/聚吡咯層上原位合成的，厚度在10 lOOnm。
8.根據權利要求4所述的一種聚吡咯/納米鉬復合導電纖維，其特征在于所述的納米 鉬_聚吡咯層中鉬是以納米顆粒的形式分散在聚吡咯基體中。
9.一種具有抗靜電、電磁屏蔽功能的紡織品，其特征在于以聚吡咯/納米鉬復合導電 纖維紡織而成，或以聚吡咯/納米鉬復合導電纖維同普通纖維以1 10 100的比例混 紡而成。
全文摘要
本發明公開了一種聚吡咯/納米鉑復合導電纖維及制備方法，其將纖維經過適當的清洗等處理后，在氧化劑溶液中浸泡10～30min，室溫下自然晾干或烘干，然后將處理過的纖維放入充滿吡咯蒸汽的密閉容器中0～30℃反應5～30min，最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到導電纖維A；將導電纖維A在濃度為0.1～1.0mol/L的氯鉑酸(H2PtCl6·6H2O)水溶液中浸泡0.5～2h，然后浸入濃度為0.01～0.1mol/L的吡咯水溶液中，室溫下反應6～10h，最后分別用乙醇和去離子水洗滌，自然晾干或烘干，即得到聚吡咯/納米鉑復合導電纖維。該導電纖維可直接織布，也可同普通纖維以1∶10～100的比例混紡，獲得具有抗靜電、電磁屏蔽功能的紡織品。本發明所述的聚吡咯/納米鉑復合導電纖維比電阻為103～107Ω·cm，具有抗靜電、電磁屏蔽功能。
文檔編號D06M101/02GK102011313SQ20101027489
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者莊碧雙 申請人:泉州紅瑞興紡織有限公司