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PPy/纤维素导电复合织物的制备及性能研究

作　者: 杨慧婷
导　师: 王立娟
学　校: 东北林业大学
专　业: 林产化学加工工程
关键词: 纤维素聚吡咯复合导电性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚吡咯(polypyrrole,简称PPy)是一种典型的导电高分子,具有导电率高、无毒、易于掺杂及环境稳定性好等特性,在许多方面显示出诱人的应用前景。它可以通过化学或电化学的方法合成,并利用不同的离子进行掺杂,获得更高的导电性能。但聚吡咯的不溶、不熔性限制了它的加工,大多数的研究工作是制成导电性复合膜,膜强度极差,且具有脆性。为了避免如上问题,可制备聚吡咯和纤维织物的复合物,它具有纤维织物的回弹力,极好的机械性能、柔韧性。本论文中采用亚麻纤维素织物为基质,采取原位吸附聚合法和吸附胶团聚合法了制备PPy／纤维素导电复合织物。采用简便的原位聚合法,探讨了反应过程中各种因素对所制得的导电织物导电性的影响。结果表明制备的最佳条件为：吡咯单体浓度为0.2 moL·L-1,在吡咯水溶液中吸附时间为50 min,氧化剂浓度为0.3 moL·L-1,聚合温度为0℃,聚合时间为6 h。此条件下制得的PPy／纤维素导电复合织物的表面电阻率为1.2Ω·cm-2。采用吸附胶团聚合法来制备PPy／纤维素导电复合织物。其最佳的制备条件为：选择聚乙烯醇为表面活性剂,用量为吡咯质量的2%,吡咯单体浓度为0.3 moL·L-1,在毗咯水溶液中吸附时间为2.5 h,氧化剂浓度为0.3 moL·L-1,聚合时间为9 h。此条件下制得的PPy／纤维素导电复合织物的表面电阻率为0.62Ω·cm-2。电磁屏蔽性能测试结果表明,双层PPy／纤维素导电复合织物的电磁屏蔽效能最高可达40 dB左右,已经达到规定的标准；红外光谱分析表明,导电复合织物是聚吡咯与亚麻织物的复合物；扫描电镜观察发现,原位吸附聚合法制备的PPy／纤维素导电复合织物表面附着了网状结构,即松散的聚吡咯大颗粒；吸附胶团聚合法制备的PPy／纤维素导电复合织物纤维表面存在的PPy结合紧密,颗粒小,排列细密,可以形成很好的导电通路,所以其导电性能更佳；XPS表明,原位吸附聚合法制备的导电复合织物表面的PPy含量高于吸附胶团聚合法制备的导电复合织物,但是导电性能相比却较差,原因是两种方法制备的复合织物的表面PPy结构形态不同。显然,颗粒细小的PPy导电性能更佳。XRD表明,两种方法在织物表面沉积的均为无定型的聚吡咯,而且在聚合反应过程中,对基底织物中的纤维素的结晶结构无明显影响。从TG曲线可以看出PPy／纤维素导电复合织物的热稳定性优于亚麻织物。通过对PPy／纤维素导电复合织物的导电稳定性的测试,可以得到其表面电阻率随放置时间的延长而呈近似线性增大,并且PVA为吡咯质量的2%时复合织物的导电稳定性最佳。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-23
  1.1 静电的危害及静电防护材料  10-11
    1.1.1 静电的定义  10
    1.1.2 静电的危害  10
    1.1.3 当前静电防护材料及存在的问题  10-11
  1.2 电磁辐射对人体的危害及当前的电磁防护织物的发展  11-13
    1.2.1 电磁辐射对人体的危害  11-12
    1.2.2 电磁防护服装屏蔽电磁波的基本原理及当前的电磁防护织物  12-13
  1.3 导电高分子的发展  13-14
  1.4 聚吡咯的研究现状  14-16
    1.4.1 聚吡咯的制备方法  14-15
    1.4.2 聚吡咯的性能改进  15-16
  1.5 聚吡咯的导电机理  16-20
    1.5.1 能带理论解释  16-18
    1.5.2 掺杂的机理  18-19
    1.5.3 孤子理论解释  19-20
  1.6 抗静电织物的研究现状  20-21
  1.7 本研究目的和意义  21-22
  1.8 本研究的创新性  22-23
2 原位吸附聚合法制备PPy/纤维素导电复合织物  23-30
  2.1 实验  23-26
    2.1.1 药品与材料  23
    2.1.2 实验设备  23
    2.1.3 实验原理  23-24
    2.1.4 PPy/纤维素导电复合织物的制备条件优化  24-25
    2.1.5 PPy/纤维素导电复合织物表面电阻率的测定  25-26
  2.2 结果与讨论  26-28
    2.2.1 吡咯溶液浓度与吸附时间对表面电阻率的影响  26-27
    2.2.2 氧化剂FeCl_3对表面电阻率的影响  27
    2.2.3 聚合时间对表面电阻率的影响  27-28
    2.2.4 反应温度对表面电阻率的影响  28
  2.3 本章小结  28-30
3 吸附胶团聚合法制备PPy/纤维素导电复合织物  30-36
  3.1 实验  30-32
    3.1.1 药品与材料  30
    3.1.2 实验设备  30
    3.1.3 实验原理  30-31
    3.1.4 PPy/纤维素导电复合织物的制备  31-32
  3.2 结果与讨论  32-35
    3.2.1 表面活性剂种类对表面电阻率的影响  32
    3.2.2 吡咯浓度与聚乙烯醇用量对表面电阻率的影响  32-33
    3.2.3 聚合时间对表面电阻率的影响  33-34
    3.2.4 氧化剂浓度对表面电阻率的影响  34
    3.2.5 吸附时间对表面电阻率的影响  34-35
  3.3 本章小结  35-36
4 PPy/纤维素导电复合织物的性能及表征  36-51
  4.1 实验  36-39
    4.1.1 PPy均聚物的制备  36
    4.1.2 电磁屏蔽效能测试  36-37
    4.1.3 红外光谱测试  37
    4.1.4 扫描电镜分析  37-38
    4.1.5 X-射线光电子能谱(XPS)分析  38-39
    4.1.6 X射线衍射(XRD)分析  39
    4.1.7 热重分析  39
    4.1.8 导电稳定性分析  39
  4.2 结果与讨论  39-50
    4.2.1 PPy/纤维素导电复合织物的电磁屏蔽效能  39-41
    4.2.2 PPy/纤维素导电复合织物的红外光谱分析  41-42
    4.2.3 PPy/纤维素导电复合织物的微观形态  42-45
    4.2.4 PPy/纤维素导电复合织物的X-射线光电子能谱分析  45-47
    4.2.5 PPy/纤维素导电复合织物的X-射线衍射分析  47-48
    4.2.6 PPy/纤维素导电复合织物的热重分析  48-49
    4.2.7 PPy/纤维素导电复合织物的导电稳定性分析  49-50
  4.3 本章小结  50-51
结论  51-53
参考文献  53-57
攻读学位期间发表的学术论文  57-58
致谢  58-59

PPy/纤维素导电复合织物的制备及性能研究

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