一种浅色CuI/PET复合导电纤维的制备方法

摘要

本发明属于复合导电纤维制备领域，特别涉及一种浅色CuI/PET复合导电纤维的制备方法。本发明将提供一种浅色碘化亚铜/涤纶复合导电纤维的制备方法，方法首先以胺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）粉末为基体，以硫酸铜、硫代硫酸钠及碘化钾为原料，在水溶液中使纳米碘化亚铜在PET粉表面原位生成，得到碘化亚铜/PET复合材料，然后将这种复合材料采用熔融纺丝的方式制备成为浅色的CuI/PET复合导电纤维。本发明选用浅色纳米CuI导电粉作为导电剂，易于染色，在民用服装、室内装饰、地毯、家用纺织品及在微电子、医药(含无菌、无尘服)、食品、精密仪器、生物技术等领域拥有更为广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于复合导电纤维制备领域，特别涉及一种浅色CuI/PET复合导电纤维的制备方法。

背景技术

近年来，随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及，人类生活工作环境中的电磁辐射日渐严重因而产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作，及人类的生理健康带来了很多负面影响，为防止静电干扰和电磁波干扰，从20世纪中期至今，针对各种用途，已开发出各种抗静电和电磁屏蔽的材料。近几十年，研究的重点更多地转向了导电纤维，导电纤维的抗静电效果显著持久，且不受环境湿度的影响，导电层达一定厚度或导电成份达一定比例后，具有优良的电磁屏蔽功能，因此导电纤维的研制和应用越来越受到重视。

导电纤维的制备方法有许多种，随着研究的不断深入，根据制得纤维的最终性能和制备工艺，人们逐步淘汰了一些落后的制备方法。目前，制备到抗静电纤维的方法主要有三种：一是在纤维等纺织品表面用物理或化学方法使纤维表面形成金属镀层，这种方法由于形成的金属镀层往往使纤维的手感变得粗硬，难以进行纺织加工，且生产设备投资大，效率低，生产成本高；二是用化学方法在纤维表面形成半导体薄层，化学方法工艺较简单，对纤维的物理机械性能影响不大，导电性较好，但导电耐久性较差；三是把导电微粒混入纺丝熔体中，通过复合纺丝制成皮芯结构或海岛结构的导电纤维，用这种方法制得的纤维导电耐久性优良，且因加入导电粒子较少，不损害纤维的物理性能，因而受到广泛关注。但是，采用这种工艺制备抗静电纤维时，通常所使用的导电粒子尺寸多为μm级，并不具有纳米材料的特性，而且在成型加工过程中，往往会加重设备的损耗，不利于降低生产成本。因此，开发成本低、性能优良的导电纤维就显得尤为重要。

涤纶具有强度高、弹性好、保型性好、尺寸稳定性高等优异性能，由其织成的衣物经久耐穿，电绝缘性好，易洗快干，具有“洗可穿”的美称，因而被广泛应用于服装、装饰、产业等领域。但是涤纶由于内部分子排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此回潮率很小，吸湿性能差，抗静电性不好。因此相关专业人员对涤纶的抗静电方法进行了大量的研究。03115681.9公开了一种导电纤维及其制备方法，所述导电纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑三组分组成，首先使导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯形成均匀共混物，然后加入聚对苯二甲酸乙二醇酯形成三组分共混物，最后经纺丝制成所述导电纤维。201410415529.X公开了一种镀银导电涤纶纤维及其制备方法，导电涤纶纤维包括涤纶纤维及包覆于涤纶纤维表层上的银层，涤纶纤维和银层之间有ITO层。93116519.9涉及一种聚苯胺导电涤纶纤维的制备方法，采用吸附聚合法使苯胺在涤纶纤维的表面吸附聚合，得到涤纶导电纤维。

在许多应用条件下，对导电纤维的颜色和透明度有一定要求，而碳黑、碳管及导电聚合物等导电材料，则不可避免地影响了最终产品的质量，纳米级碘化亚铜（CuI）粉体的浅色透明特征正好填补这一空白，可制得浅色、高透明度的导电纤维。碘化亚铜是一种具有导电性的无机化合物，若纤维中含有一定量的碘化亚铜则纤维就成为导电纤维。但碘化亚铜的溶解度极小，直接将其引入纤维是很困难的，只有使碘化亚铜在纤维内部生成，才能具有持久的导电性。

发明内容

本发明的目的在于解决在纤维内加入碘化亚铜的技术难题，提供了一种浅色CuI/PET复合导电纤维的制备方法。

本发明采用以下技术方案，具体步骤如下：

一种浅色CuI/PET复合导电纤维的制备方法，制备所述浅色CuI/PET复合导电纤维的方法如下：

（1）将硫酸铜、聚乙二醇溶解在水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH至1～3，制得溶液a；

（2）将硫代硫酸钠、碘化钾溶解在水中，制得溶液b；

（3）将PET粉末浸入到质量浓度为5%～30%的乙二胺溶液中于20℃～60℃反应0.5～3小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末；

（4）将步骤（3）中胺化的PET粉末浸入到溶液a中，在20℃～60℃浸泡5～30分钟后，加入溶液b，升温至75℃～90℃反应5～60分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫CuI/PET粉末；

（5）步骤（4）中复合硫CuI/PET粉末经真空干燥后，混合均匀，按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸，即得浅色CuI/PET复合导电纤维。

所述步骤（1）中，硫酸铜的质量浓度为1%～5%，聚乙二醇的质量浓度为0.5%～2%，聚乙二醇的分子量为6000～20000。

所述步骤（2）中，硫代硫酸钠的质量浓度为0.5%～5%，碘化钾的质量浓度为1%～10%。

所述步骤（3）中，用于溶解乙二胺的溶剂为水、乙醇、乙二醇、正丙醇中的一种，PET粉末与乙二胺溶液的质量比为1：10～1：50。

所述步骤（3）中，PET粉末与a溶液的质量比为1：5～1：20，a溶液与b溶液的质量比为1：1～1：5。

所述步骤（4）中常规熔融纺丝的牵伸温度为70℃～120℃，牵伸1.5～4倍，纺丝温度270℃～300℃，纺丝速度为200m/min～1000m/min。

所述本发明所用的PET粉末为PET纺丝颗粒粉碎得到，分子量为20000左右，PET粉末粒径为0.1～5μm。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明以胺解的聚酯粉末为基体，在水溶液中加入碘化亚铜纳米粒子的先驱体进行化学反应，使纳米碘化亚铜在胺化的聚酯粉表面原位生成，得到碘化亚铜/聚酯复合材料，然后将复合材料进行熔融纺丝得到导电纤维。胺解反应使PET粉末表面引入自由的胺基，自由的胺基可以与纳米碘化亚铜中的铜离子相配位形成络合物，这使得聚酯与纳米粒子之间存在强烈的相互作用，这种强烈的相互作用使纳米碘化亚铜在加工过程中在聚酯基体中均匀分散，形成有效的导电网络。

（2）本发明制备的导电纤维的技术使导电网络在纤维的内部形成，不会在使用的过程中产生导电层的脱落，亦不受使用环境的影响，导电功能具有持久性。

（3）本发明选用浅色纳米CuI导电粉作为导电剂，易于染色，在民用服装、室内装饰、地毯、家用纺织品及在微电子、医药(含无菌、无尘服)、食品、精密仪器、生物技术等领域拥有更为广阔的应用前景。

具体实施方式

实施例1

将硫酸铜100克、聚乙二醇（分子量为20000）50克溶解在9850克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为1，制得a溶液。将硫代硫酸钠100克、碘化钾溶200克解在9700克水中得到b溶液。

将500克PET粉末浸入到50000克浓度为5%的乙二胺/正丙醇溶液中，在60℃反应1小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

将以上步骤得到的胺化PET粉400克浸入到2000克a溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入2000克b溶液，升温至90℃反应5分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度270℃，纺丝速度为500m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为1.5倍。纤维的电导率为10^-6S/cm，强度为2.89cN/dtex。

实施例2

将硫酸铜500克、聚乙二醇（分子量为6000）200克溶解在9400克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为3，制得a溶液。将硫代硫酸钠200克、碘化钾溶400克解在19400克水中得到b溶液。

将600克PET粉末浸入30000克浓度为30%的乙二胺/水溶液中，在30℃反应3小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

将胺化的聚酯粉末400克浸入到4000克a溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入18600克b溶液，升温至80℃反应30分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度300℃，纺丝速度为1000m/min，在80℃热牵伸，牵伸倍数为2倍。纤维的电导率为10^-5S/cm，强度为3.08cN/dtex。

实施例3

将硫酸铜400克、聚乙二醇（分子量为6000）80克溶解在9520克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为1，制得a溶液。将硫代硫酸钠400克、碘化钾溶800克解在8800克水中得到b溶液。

将600克PET粉末浸入15000克浓度为10%的乙二胺/正丙醇溶液中，在60℃反应0.5小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

聚酯粉末500克浸入到5000克a溶液中，在40℃浸泡10分钟后，加入5000克b溶液，升温至79℃反应50分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度290℃，纺丝速度为500m/min，在70℃热牵伸，牵伸倍数为3.5倍。纤维的电导率为10^-6S/cm，强度为3.27CN/dtex。

实施例4

将硫酸铜200克、聚乙二醇（分子量为8000）100克溶解在9700克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为1，制得a溶液。将硫代硫酸钠50克、碘化钾溶100克解在9850克水中得到b溶液。

将400克PET粉末浸入8000克浓度为25%的乙二胺/乙二醇溶液中，在20℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

将聚酯粉末200克浸入到1400克a溶液中，在40℃浸泡20分钟后，加入6000克b溶液，升温至80℃反应20分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度280℃，纺丝速度为900m/min，在105℃热牵伸，牵伸倍数为4倍。纤维的电导率为10^-5S/cm，强度为4.06CN/dtex。

实施例5

将硫酸铜200克、聚乙二醇（分子量为10000）100克溶解在9700克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为2，制得a溶液。将硫代硫酸钠100克、碘化钾溶200克解在9700克水中得到b溶液。

将400克聚酯粉末浸入10000克浓度为12%的乙二胺/乙醇溶液中，在30℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

聚酯粉末400克浸入到3200克a溶液中，在20℃浸泡30分钟后，加入6400克b溶液，升温至75℃反应60分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度300℃，纺丝速度为900m/min，在120℃热牵伸，牵伸倍数为4倍。纤维的电导率为10^-5S/cm，强度为4.32cN/dtex。

实施例6

将硫酸铜400克、聚乙二醇（分子量为6000）100克溶解在9500克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为3，制得a溶液。将硫代硫酸钠300克、碘化钾溶600克解在9100克水中得到b溶液。

将400克涤纶纤维浸入2000克浓度为12%的乙二胺/乙醇溶液中，在30℃反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

将胺化的PET粉末300克浸入到6000克a溶液中，在40℃浸泡30分钟后，加入8000克b溶液，升温至85℃反应35分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度295℃，纺丝速度为900m/min，在90℃热牵伸，牵伸倍数为2.5倍。纤维的电导率为10^-4S/cm，强度为3.35cN/dtex。

实施例7

将硫酸铜400克、聚乙二醇（分子量为6000）100克溶解在9500克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为3，制得a溶液。将硫代硫酸钠300克、碘化钾溶600克解在9100克水中得到b溶液。

将400克聚酯粉末浸入5000克浓度为15%的乙二胺/乙醇溶液中，在25℃反应2.5小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

将胺化的PET粉末300克浸入到6000克a溶液中，在40℃浸泡30分钟后，加入8000克b溶液，升温至85℃反应35分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度295℃，纺丝速度为800m/min，在90℃热牵伸，牵伸倍数为2倍。纤维的电导率为10^-4S/cm，强度为3.96cN/dtex。

实施例8

将硫酸铜500克、聚乙二醇（分子量为6000）200克溶解在9300克水中，形成透明溶液后加入冰醋酸，调节pH为3，制得a溶液。将硫代硫酸钠500克、碘化钾溶1000克解在8500克水中得到b溶液。

将100克聚酯粉末浸入5000克浓度为30%的乙二胺/乙醇溶液中，在60℃反应3小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将粉末干燥后得到胺化的PET粉末。

将胺化的PET粉末50克浸入到1000克a溶液中，在60℃浸泡30分钟后，加入5000克b溶液，升温至90℃反应60分钟，将产物过滤、烘干后得到复合硫化亚铜/聚酯粉末。

将硫化亚铜/聚酯粉末按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸得到CuI/PET复合导电纤维。纺丝温度300℃，纺丝速度为1000m/min，在120℃热牵伸，牵伸倍数为4倍。纤维的电导率为10^-4S/cm，强度为4.26cN/dtex。