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聚吡咯(polypyrrole,简称PPy)是一种典型的导电高分子,具有导电率高、无毒、易于掺杂及环境稳定性好等特性,在许多方面显示出诱人的应用前景。它可以通过化学或电化学的方法合成,并利用不同的离子进行掺杂,获得更高的导电性能。但聚吡咯的不溶、不熔性限制了它的加工,大多数的研究工作是制成导电性复合膜,膜强度极差,且具有脆性。为了避免如上问题,可制备聚吡咯和纤维织物的复合物,它具有纤维织物的回弹力,极好的机械性能、柔韧性。
本论文中采用亚麻纤维素织物为基质,采取原位吸附聚合法和吸附胶团聚合法了制备PPy/纤维素导电复合织物。
采用简便的原位聚合法,探讨了反应过程中各种因素对所制得的导电织物导电性的影响。结果表明制备的最佳条件为:吡咯单体浓度为0.2 moL·L-1,在吡咯水溶液中吸附时间为50 min,氧化剂浓度为0.3 moL·L-1,聚合温度为0℃,聚合时间为6 h。此条件下制得的PPy/纤维素导电复合织物的表面电阻率为1.2Ω·cm-2。
采用吸附胶团聚合法来制备PPv/纤维素导电复合织物。其最佳的制备条件为:选择聚乙烯醇为表面活性剂,用量为吡咯质量的2%,吡咯单体浓度为0.3 moL·L-1,在吡咯水溶液中吸附时间为2.5 h,氧化剂浓度为0.3 moL·L-1,聚合时间为9 h。此条件下制得的PPy/纤维素导电复合织物的表面电阻率为0.62Ω·cm-2。
电磁屏蔽性能测试结果表明,双层Ppy/纤维素导电复合织物的电磁屏蔽效能最高可达40 dB左右,已经达到规定的标准;红外光谱分析表明,导电复合织物是聚吡咯与亚麻织物的复合物;扫描电镜观察发现,原位吸附聚合法制备的PPy/纤维素导电复合织物表面附着了网状结构,即松散的聚吡咯大颗粒;吸附胶团聚合法制备的PPy/纤维素导电复合织物纤维表面存在的PPy结合紧密,颗粒小,排列细密,可以形成很好的导电通路,所以其导电性能更佳;XPS表明,原位吸附聚合法制备的导电复合织物表面的PPy含量高于吸附胶团聚合法制备的导电复合织物,但是导电性能相比却较差,原因是两种方法制备的复合织物的表面PPy结构形态不同。显然,颗粒细小的PPy导电性能更佳。XRD表明,两种方法在织物表面沉积的均为无定型的聚吡咯,而且在聚合反应过程中,对基底织物中的纤维素的结晶结构无明显影响。从TG曲线可以看出PPy/纤维素导电复合织物的热稳定性优于亚麻织物。
通过对PPy/纤维素导电复合织物的导电稳定性的测试,可以得到其表面电阻率随放置时间的延长而呈近似线性增大,并且PVA为吡咯质量的2%时复合织物的导电稳定性最佳。