聚苯胺/聚丙烯酸酯复合乳液的制备及其在抗静电织物开发中的应用

摘要

将具有导电性的聚苯胺(PANI)与良好成膜性的聚丙烯酸酯(PA)乳液复合，可用于织物整理，从而开发出具有良好导电性能的涂层织物。然而PANI/PA复合乳液制备存在以下两个问题:（一）导电PANI常采用盐酸等无机酸作为掺杂酸，其在高温焙烘整理过程中易脱掺杂，从而导致PANI导电性能降低;（二）酸性条件下，PANI在PA乳液原位聚合过程中会破坏乳液原有粒子间的静电作用，从而导致PA乳液破乳絮凝。为此，本文拟以含多元羧酸的柠檬酸为掺杂酸，并设计合成含有羧基和磺酸基的三元共聚物MAS为稳定剂，通过在稳定剂分子上引入磺酸根基团，增加复合乳胶粒子间的静电斥力，从而提高PANI/PA复合乳液体系的稳定性，制备了PANI/PA复合乳液;并将PANI/PA复合乳液用于涤纶织物涂层整理。研究内容分为两部分，具体内容和结果如下:
　　1、柠檬酸掺杂聚苯胺的制备及其导电性能研究。以苯胺为原料，柠檬酸为掺杂酸，过硫酸铵为氧化剂，通过快速混合法制备柠檬酸掺杂聚苯胺。研究过硫酸铵与苯胺摩尔比(nAPS∶nANI)、柠檬酸浓度(CCA)、反应温度及反应时间对柠檬酸掺杂聚苯胺导电性能的影响，并优化了制备工艺条件;采用红外光谱(FTIR)、紫外(UV-Vis)、X-射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TGA)对产物结构和性能进行表征和分析，并测试分析了掺杂态聚苯胺导电性和热稳定性的关系。结果表明，当nAPS∶nANI为1.25、CCA为0.5mol/L、反应温度为10℃、反应时间20h时，柠檬酸掺杂聚苯胺体积电阻率为1.1Ω·cm，呈现较好的导电性能;且柠檬酸掺杂聚苯胺经高温180℃焙烘3min后，仍具有良好的导电性能，表明柠檬酸掺杂聚苯胺导电性具有较好的热稳定性，可应用于织物涂层整理。
　　2、聚苯胺/聚丙烯酸酯复合乳液的制备及应用。以苯胺为原料，柠檬酸为掺杂酸，马来酸酐-丙烯酸-对苯乙烯磺酸钠三元共聚物(MAS)为稳定剂，过硫酸铵为氧化剂，采用原位聚合法制备聚苯胺/聚丙烯酸酯(PANI/PA)复合乳液，并应用于涤纶织物涂层整理。研究了MAS对PANI/PA复合乳液稳定性、分散性、相容性以及复合胶膜导电性能和机械性能的影响;研究了苯胺含量对PANI/PA复合胶膜导电性能和机械性能的影响，采用FTIR、XPS、TEM、TGA分别表征和测试分析了PANI/PA胶膜的结构、表面元素组成、聚苯胺质子化程度及分布和热稳定性;最后采用FTIR、UV-Vis、SEM表征了涂层织物结构和形貌，并测定了涂层织物的表面电阻率及撕破强力。结果表明，稳定剂MAS的加入显著提高了PANI/PA复合乳液体系的稳定性、PANI在PA基质胶膜中的分散性和PANI与PA间的相容性，有助于PANI/PA复合胶膜导电性能和机械性能的增强。随着MAS用量的增加，PANI/PA复合胶膜体积电阻率先减小后增大，拉伸强度及断裂延伸率先增大后减小，当MAS用量为12wt％时，复合胶膜导电性和机械性能达到最佳值。在MAS用量12wt％条件下，随着苯胺用量的增加，PANI/PA复合胶膜体积电阻率逐渐降低，拉伸强度逐渐增加，断裂延伸率逐渐降低;当苯胺用量为20wt％时，PANI/PA复合膜导电性和机械性能较好，此时PANI/PA复合胶膜电阻率为9.9Ω·cm，接近纯PANI的1.1Ω·cm;拉伸强度为2.81MPa，是PA的3倍;断裂伸长率较PA仅略微降低，表明所制PANI/PA复合胶膜有较好的导电性能和机械性能。将复合乳液用于涤纶织物涂层整理，整理后涂层织物表面电阻率为1.18×107Ω，撕破强力为1.29KN。与未整理涤纶相比，涂层织物电阻率降低7个数量级，抗静电等级接近A级，织物强力基本不变。结果表明，经PANI/PA复合乳液整理后的涤纶织物具有良好抗静电性能。
　　研究表明，以柠檬酸为掺杂酸，MAS为稳定剂，所制PANI/PA复合乳液具有良好的导电性能及机械性能，应用于涤纶织物的涂层整理，涂层织物有良好的抗静电性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 导电聚合物的研究进展

1．3 聚苯胺的研究现状

1．3．1 聚苯胺的结构

1．3．2 聚苯胺的合成

1．3．3 聚苯胺的掺杂

1．3．4 聚苯胺的性质

1．3．4 聚苯胺的应用

1．4 导电聚苯胺／聚合物复合材料制备方法

1．4．1 共混法

1．4．2 熔融加工

1．4．3 原位聚合法

1．5 本课题的主要研究意义、内容和创新点

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 课题创新点

参考文献

第二章 柠檬酸掺杂聚苯胺的制备及其导电性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．3 测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 聚苯胺的聚合反应条件对产物导电性能的影响

2．3．2 柠檬酸掺杂聚苯胺表征

2．3．3 掺杂态聚苯胺导电性能的热稳定性

2．4 本章小结

参考文献

第三章 聚苯胺／聚丙烯酸酯复合乳液的制备及应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料与仪器

3．2．2 实验内容

3．2．3 测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 MAS对PANI／PA复合物的影响

3．3．2 苯胺对PANI／PA复合膜的影响

3．3．3 PANI／PA复合乳液在织物抗静电中的应用

3．4 本章小结

参考文献

4．1 结论

4．2 展望

致谢

附录