阅读说明：本技术 一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法 (Preparation method of vapor deposition polyaniline composite conductive yarn ) 是由 洪剑寒 韩潇 胡铖烨 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于导电纤维领域,具体涉及一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法,包括如下步骤：步骤1,将纱线基材进行等离子体处理,得到前处理纱线；步骤2,将前处理纱线浸泡至反应液,待纱线吸附完成后压辊挤压得到带液纱线；步骤3,将带液纱线放入苯胺蒸汽室内吸附反应,取出后储存于容器内静置反应,形成聚苯胺导电层,得到复合导电纱线。本发明解决了废液排放多和原材料利用率低的问题,通过浸泡吸附与蒸汽吸附的方式实现表面导电层的原位聚合,大大提升了导电效率,也杜绝了废液的排放。(The invention belongs to the field of conductive fibers, and particularly relates to a preparation method of vapor deposition polyaniline composite conductive yarns, which comprises the following steps: step 1, carrying out plasma treatment on a yarn base material to obtain a pre-treated yarn; step 2, soaking the pretreated yarn into a reaction solution, and extruding by a compression roller after the yarn is adsorbed to obtain yarn with liquid; and 3, putting the yarn with the liquid into an aniline steam chamber for adsorption reaction, taking out the yarn and storing the yarn in a container for standing reaction to form a polyaniline conductive layer, thus obtaining the composite conductive yarn. The invention solves the problems of much waste liquid discharge and low utilization rate of raw materials, realizes in-situ polymerization of the surface conducting layer by soaking adsorption and steam adsorption, greatly improves the conducting efficiency, and also avoids the discharge of waste liquid.)

一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法

技术领域

本发明属于导电纤维领域，具体涉及一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法。

背景技术

随着科技的发展和人们对美好生活的追求，具有抗静电、防电磁辐射、电信号传递等功能性纤维材料在各领域的应用越来越广，轻质、柔软、高导电、易编织的导电纤维的市场空间将不断扩大。目前，常用导电纤维的导电组分主要以金属、金属氧化物和炭黑等无机材料为主。随着基础研究和应用研究的不断深入，高分子导电材料在导电纤维中的应用前景受到广泛关注。

与其他高分子导电材料相比，聚苯胺(polyaniline，PANI)具有价格低廉、合成简单、电导率高、性能稳定的优点，被认为是最具有应用前景的高分子导电材料。导电纤维是PANI的研究热点之一。将PANI作为导电组分采用共混纺丝法制备导电纤维是一种简便易行的方法，但因为PANI的难溶性、难熔性以及共混纺丝方式对纤维力学性能的不利影响，导致这类方法的应用前景非常渺茫。以PANI对纤维进行表面处理亦可获得导电纤维，通过将导电态PANI溶解后采用浸轧的方式连续涂覆于纱线表面，实现了连续化导电处理，但因PANI仅可溶于浓硫酸、N-甲基-2-吡咯烷酮等少数溶剂，成本高昂、制备困难，实用意义低。

以苯胺单体直接于纤维表面聚合形成PANI导电层是一种可行的方法，上世纪80年代末发现的苯胺“原位聚合”现象为PANI导电纤维的制备提供了一条新的思路。原位聚合法将纤维分步置于苯胺单体、掺杂酸和氧化剂的溶液中，使苯胺在纤维表面发生氧化聚合及掺杂反应生成PANI导电层，形成皮芯结构的PANI复合导电纤维。国内外研究人员以多种普通纤维为基材进行了导电处理。

采用原位聚合法制得的导电纤维电导率远高于共混纺丝法，可纺性优于金属纤维，且基质纤维的物理机械性能基本不受影响，因此自问世以来即被认为是最具商业化前景的PANI导电纤维制备方法。然而，由于原位聚合法制备导电纤维时，苯胺的吸附和聚合反应在溶液内分步完成，无法实现纱线的连续化导电处理，为保证苯胺的充分吸附，一般需将纤维在苯胺内浸渍2小时以上，然后再置于掺杂酸和氧化剂的溶液内发生氧化聚合反应生成PANI。因此，传统的原位聚合法制备导电纤维的效率极其低下，同时还存在原料利用率低、废液排放多等问题，因此，从原位聚合现象发现至今近30年来依然停留在实验室阶段。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法，解决了废液排放多和原材料利用率低的问题，通过浸泡吸附与蒸汽吸附的方式实现表面导电层的原位聚合，大大提升了导电效率，也杜绝了废液的排放。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将纱线基材进行等离子体处理，得到前处理纱线；

步骤2，将前处理纱线浸泡至反应液，待纱线吸附完成后压辊挤压得到带液纱线；

步骤3，将带液纱线放入苯胺蒸汽室内吸附反应，取出后储存于容器内静置反应，形成聚苯胺导电层，得到复合导电纱线。

所述步骤1的等离子体处理的参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min。

所述步骤2的反应液采用氧化剂和掺杂酸的混合溶液，所述氧化剂的浓度为80-200g/L，掺杂酸的浓度为0.4-3.0mol/L。

所述氧化剂采用过硫酸铵、三氯化铁、五氧化二钒中的一种。

所述掺杂酸采用硫酸、盐酸、磷酸、高氯酸、对甲苯磺酸中的一种。

所述步骤2中的带液纱线的带液率为12-15％。

所述步骤3中的苯酐蒸汽的浓度为0-0.02g/L。

所述步骤3中的吸附反应的时间为10-25min。

本发明针对传统原位聚合法的低效制备和现有基于原位聚合法的纱线连续制备方法的原料低利用率问题，采用纱线预先浸渍氧化剂与掺杂酸混合溶液，然后使纱线暴露于苯胺蒸汽环境中，使苯胺蒸汽吸附于纱线表面，与氧化剂和掺杂酸发生反应生成导电态PANI，以实现PANI导电纱线的连续制备，同时大幅提高原料的利用率。

本发明具有以下优点：

1.本发明解决了废液排放多和原材料利用率低的问题，通过浸泡吸附与蒸汽吸附的方式实现表面导电层的原位聚合，大大提升了导电效率，也杜绝了废液的排放。

2.本发明利用苯胺蒸汽吸附于纱线表面，与氧化剂和掺杂酸发生反应生成导电态PANI，以实现PANI导电纱线的连续制备，同时大幅提高原料的利用率。

附图说明

图1是本发明实施例1中的涤纶长丝纱导电处理前后表面形貌对比；

图2是本发明实施例2中的对位芳纶导电处理前后表面形貌对比。

具体实施方式

结合图1和图2，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将纱线基材进行等离子体处理，得到前处理纱线；

步骤2，将前处理纱线浸泡至反应液，待纱线吸附完成后压辊挤压得到带液纱线；

步骤3，将带液纱线放入苯胺蒸汽室内吸附反应，取出后储存于容器内静置反应，形成聚苯胺导电层，得到复合导电纱线。

所述步骤1的等离子体处理的参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min。

所述步骤2的反应液采用氧化剂和掺杂酸的混合溶液，所述氧化剂的浓度为80-200g/L，掺杂酸的浓度为0.4-3.0mol/L。

所述氧化剂采用过硫酸铵、三氯化铁、五氧化二钒中的一种。

所述掺杂酸采用硫酸、盐酸、磷酸、高氯酸、对甲苯磺酸中的一种。

所述步骤2中的带液纱线的带液率为12-15％。

所述步骤3中的苯酐蒸汽的浓度为0-0.02g/L。

所述步骤3中的吸附反应的时间为10-25min。

实施例1

以涤纶长丝纱为基材，经等离子体处理后(等离子体处理参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min)。以磷酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂配置掺杂酸与氧化剂的混合溶液，掺杂酸浓度为3.0mol/L，氧化剂浓度为150g/L，纱线吸附反应液后经压辊挤压，挤压后纱线带液率为15％，然后进入苯胺蒸汽室，纱线在0.001g/L的苯胺蒸汽室内的长度为50m，纱线运行速度为2m/min，则纱线暴露于苯胺中的时间为25min。纱线吸收苯胺后被引离苯胺蒸汽室，存储于容器内，纱线表面的原料发生反应，以生成聚苯胺导电层。处理后纱线的电导率为0.074S/cm，纱线力学性能未发生变化。涤纶长丝纱导电处理前后表面形貌对比如图1所述。

实施例2

以对位芳纶长丝纱为基材，经等离子体处理后(等离子体处理参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min)。以盐酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂配置掺杂酸与氧化剂的混合溶液，掺杂酸浓度为2.0mol/L，氧化剂浓度为100g/L，纱线吸附反应液后经压辊挤压，挤压后纱线带液率为12％，然后进入苯胺蒸汽室，纱线在0.02g/L的苯胺蒸汽室内的长度为10m，纱线运行速度为1m/min，则纱线暴露于苯胺中的时间为10min。纱线吸收苯胺后被引离苯胺蒸汽室，存储于容器内，纱线表面的原料发生反应，以生成聚苯胺导电层。处理后纱线的电导率为0.24S/cm，纱线力学性能未发生变化。对位芳纶导电处理前后表面形貌对比，如图2所示。

实施例3

以对位芳纶长丝纱为基材，经等离子体处理后(等离子体处理参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min)。以高氯酸为掺杂酸、五氧化二钒为氧化剂配置掺杂酸与氧化剂的混合溶液，掺杂酸浓度为2.0mol/L，氧化剂浓度为200g/L，纱线吸附反应液后经压辊挤压，挤压后纱线带液率为13％，然后进入苯胺蒸汽室，纱线在0.01g/L的苯胺蒸汽室内的长度为40m，纱线运行速度为2m/min，则纱线暴露于苯胺中的时间为20min。纱线吸收苯胺后被引离苯胺蒸汽室，存储于容器内，纱线表面的原料发生反应，以生成聚苯胺导电层。处理后纱线的电导率为0.32S/cm，纱线力学性能未发生变化。

实施例4

以对位芳纶长丝纱为基材，经等离子体处理后(等离子体处理参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min)。以盐酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂配置掺杂酸与氧化剂的混合溶液，掺杂酸浓度为0.4mol/L，氧化剂浓度为80g/L，纱线吸附反应液后经压辊挤压，挤压后纱线带液率为14％，然后进入苯胺蒸汽室，纱线在苯胺蒸汽室内的长度为20m，纱线运行速度为1m/min，则纱线暴露于苯胺中的时间为20min。纱线吸收苯胺后被引离苯胺蒸汽室，存储于容器内，纱线表面的原料发生反应，以生成聚苯胺导电层。处理后纱线的电导率为0.35S/cm，纱线力学性能未发生变化。

综上所述，本发明具有以下优点：

1.本发明解决了废液排放多和原材料利用率低的问题，通过浸泡吸附与蒸汽吸附的方式实现表面导电层的原位聚合，大大提升了导电效率，也杜绝了废液的排放。

2.本发明利用苯胺蒸汽吸附于纱线表面，与氧化剂和掺杂酸发生反应生成导电态PANI，以实现PANI导电纱线的连续制备，同时大幅提高原料的利用率。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。