基于聚噻吩及其衍生物导电复合织物的制备及其性能研究

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聚噻吩及其衍生物导电复合织物兼具金属的导电性和高分子材料的加工性,且重量轻、韧性好、具有较好的环境稳定性、电导率易于调节,因此在电磁屏蔽、电致变色、超级电容器等领域中有极具潜力的应用前景。本文以涤纶织物为基底,制备聚噻吩及其衍生物/涤纶导电复合织物,并在此基础上制备碳纳米管/聚噻吩及其衍生物/涤纶导电复合织物,并研究复合织物表面结构对其导电性及导电稳定性(耐环境稳定性、耐家用洗涤和耐摩擦性能等)的影响,为导电织物的理论研究和应用提供有价值的参考。首先采用原位聚合法制备聚噻吩/涤纶(PTh/PET)复合织物,探讨噻吩与无水氯化铁的摩尔比(O/M)、噻吩浓度、聚合温度、时间及盐酸浓度等因素对复合织物增重率及方阻的影响,确定PTh/PET复合织物导电性能最佳时的制备工艺为:噻吩浓度为0.17mol/L,O/M比为4:1,20℃氧化聚合20min,盐酸掺杂浓度为1mol/L。此时复合织物增重率为14%,表面方阻为10.4kΩ/□。经研究发现,该复合织物具有较好的环境及耐摩擦稳定性,但其耐家用洗涤性能较差;乙醇作为还原剂可还原PTh/PET复合织物表面的聚噻吩,使其由氧化态变为还原态,共轭结构有所破坏,颜色由暗红色变为猩红色且导电性能明显下降;综合考虑复合织物的导电性能及实际应用情况可得出,盐酸是制备PTh/PET复合织物较为适宜的掺杂剂。碳纳米管(CNT)能够与含有π电子的导电聚合物通过π-π非共价键结合形成较为稳定的结构,使其不仅具有较高的导电性能,同时还具有较好的导电稳定性。采用浸渍-烘干法制备碳纳米管/涤纶(CNT/PET)复合织物,然后以其为基底,制备碳纳米管/聚噻吩/涤纶(CNT/PTh/PET)复合织物。经研究发现,CNT/PTh/PET复合织物表面的导电颗粒较为铺展且紧密。CNT/PTh/PET与PTh/PET复合织物相比,增重率基本相同的条件下,导电性能却提高1个数量级,且耐家用洗涤性能也有所提高;其与CNT/PET复合织物相比,增重率较大,导电性能却有所下降,但其具有更好的环境稳定性、耐家用洗涤和耐摩擦性能,尤其是耐湿摩擦性能。最后研究典型的聚噻吩衍生物聚(3,4乙烯二氧噻吩)(PEDOT)。通过原位聚合法和浸渍-烘干法制备聚(3,4乙烯二氧噻吩)/涤纶复合织物(PEDOT/PET)。经研究发现,PEDOT在原位聚合法制得的复合织物表面成颗粒状,而在浸渍-烘干法制得的复合织物表面呈膜状。由于连续的膜状能够形成较好的导电网络,因此浸渍-烘干法制得的PEDOT/PET复合织物具有更好的导电性能。以CNT/PET织物为基底,采用浸渍-烘干法制备CNT/PEDOT/PET复合织物。经研究发现,CNT/PEDOT在织物表面形成均匀且紧密的复合膜,与CNT和PEDOT单独使用时导电性能提高了1个数量级,且其形成的CNT/PEDOT/PET复合织物与CNT/PET和PEDOT/PET复合织物相比,具有更好的环境稳定性、耐家用洗涤和耐摩擦性能。
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