导电聚吡咯/金属复合海藻无纺织物的制备及其性能研究

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海藻酸钠是从海洋植物中提取的一类多糖物质。海藻酸钠可溶于水形成粘稠溶液,与多价金属离子(如Ca2+)混合后发生胶凝作用,可进一步制成海藻纤维或无纺织物。近来,研究者们主要利用纤维素类(如棉)以及合成纤维类(如涤纶、锦纶、丙纶)织物制备各种导电纺织基材。导电聚合物以及它们与金属的复合物具有优异的导电能力,稳定性好并且容易与纺织品形成有效复合,在导电纺织材料的开发中得到广泛应用。目前,基于海藻无纺织物开展的导电纺织品开发研究较少。从结构上看,海藻分子链中含有大量的羟基和羧基,能够很容易地将金属离子和导电聚合物单体吸附在其表面,原位合成出导电聚合物/金属复合物而增强导电能力,从而获得导电性优良的海藻织物基导电纺织基材。另外,海藻无纺织物自身具有一定的厚度,并且疏松多孔,当受到外力冲击时可通过电阻的变化而对压力做出快速、灵敏的响应,有望成为制备功能导电纺织品的基础材料。本课题以吡咯(Py)单体为导电聚合物前驱体,Ag NO3或Cu Cl2为氧化剂,十二烷基硫酸钠(SDS)为掺杂剂,通过原位氧化聚合法在海藻无纺织物上制备了聚吡咯/银(铜)复合导电材料。首先,系统探究了反应物比例、掺杂剂浓度以及反应时间等条件对聚吡咯/银(铜)复合物制备的影响。其次,通过SEM、EDX、FT-IR、XRD、XPS、Raman等分析了聚吡咯/银(铜)复合物的结构和形貌,并探究了聚吡咯/银(铜)涂层对海藻无纺织物导电性、润湿性、吸湿性、抗静电和抗紫外线性能的影响。结果表明,聚吡咯/银(铜)可显著提升海藻无纺织物的导电性、抗静电、抗紫外线性能,而对润湿和吸湿性则有明显的降低。此外,利用灵敏度、响应时间、弛豫时间、耐久性及传感测试探究了聚吡咯/银(铜)复合海藻无纺织物对施加压力的传感性能,发现随着聚吡咯/银(铜)负载量的提高,织物对压力响应的灵敏度降低,但响应稳定性有明显提高。当用聚吡咯/银(铜)复合海藻无纺织物作为压力传感器时,可以灵敏、稳定监测人体大关节及各种微细活动。最后,通过增重率、电阻、电导率、稳定性及灵敏度等测试,比较了聚吡咯/银(铜)在多种织物上的附着性能,结果表明海藻无纺织物是一种优良的导电纺织品基础材料。本课题研究将为开发新型织物压力传感器奠定基础。
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