超聲波處理對聚苯胺羊毛織物導(dǎo)電性能的影響

李祥濤， 林麗娟， 戴晶晶， 戴艷陽， 俞 儉

(鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

超聲波處理對聚苯胺羊毛織物導(dǎo)電性能的影響

李祥濤， 林麗娟， 戴晶晶， 戴艷陽， 俞 儉

(鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

文章利用超聲波原位聚合苯胺單體制備聚苯胺導(dǎo)電羊毛織物。研究了超聲波處理后聚合物的形貌，以及超聲溫度、超聲時間、苯胺濃度和鹽酸濃度對導(dǎo)電織物導(dǎo)電性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)超聲時間為2h，超聲溫度為75℃，苯胺濃度為1mol/L，鹽酸濃度為0.5mol/L時，織物的導(dǎo)電性能最佳。

超聲波；聚苯胺；羊毛織物；導(dǎo)電性能

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，因其頻率下限大于人的聽覺上限而得名。超聲波在液體中傳播時，存在一個正負(fù)壓強(qiáng)的交變周期，因而產(chǎn)生超聲波的空化作用，自從空化效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后，超聲波在化學(xué)反應(yīng)合成和加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

羊毛纖維柔軟而富有彈性，呈細(xì)長的實(shí)心圓柱體形，自然卷曲，纖維的組織結(jié)構(gòu)分三層，即鱗片層、皮質(zhì)層和髓質(zhì)層。作為四大天然纖維之一，羊毛織物因?yàn)榫哂袕椥院谩⑽鼭裥詮?qiáng)、保暖性好、不易沾污、光澤柔和等優(yōu)點(diǎn)，在紡織服裝應(yīng)用非常廣泛。近年來，隨著織物導(dǎo)電性能的研究逐漸增加[2-4]，羊毛織物導(dǎo)電性能的開發(fā)研究也越來受到重視。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

織物：白色羊毛凡立丁，經(jīng)、緯紗線密度為36tex，單位面積質(zhì)量為80g/m2(無錫協(xié)新毛紡廠生產(chǎn))。

藥品：苯胺(分析純)，過硫酸銨(分析純)，鹽酸(分析純)，丙酮(分析純)，氮?dú)?99.9995%)。

儀器：KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器，SZT-2A四探針測試儀，85-2數(shù)顯恒溫磁力加熱攪拌器，QWANTA200掃描電鏡，MP2002電子天平，烘箱。

1.2 聚苯胺導(dǎo)電織物制備

洗滌：將織物裁成10cm×10cm，以丙酮為萃取劑，用索氏提取器回流4 h后取出織物，室溫晾干后待用。

吸附單體：將一定質(zhì)量的羊毛織物浸入苯胺單體鹽酸溶液中，然后放置于超聲波清洗器中，以一定的溫度和功率處理一段時間后取出，用軋車以軋余率為110%將多余的液體軋出，然后將織物放置于溫度為60℃的烘箱中烘干，后對織物稱重。

原位聚合：在冰水浴條件下，將烘干并吸附了苯胺單體的織物放入過硫酸銨-鹽酸溶液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下反應(yīng)3 h后取出織物，分別依次用60℃熱水、丙酮、稀鹽酸溶液、去離子水洗滌數(shù)次至洗液沒有顏色為止， 再放置于80℃的烘箱中烘干并稱重。

1.3 結(jié)構(gòu)表征及性能測試

用QWANTA200掃描電鏡觀察聚苯胺導(dǎo)電織物的形貌，加速電壓為10 kV，在所有樣品上面都噴鍍一層50～300埃厚的金膜。

采用SZT-2A四探針測試儀直接測試出織物的方塊電阻以及電阻。測試條件為：溫度23±2℃；相對濕度≤65%；無高頻干擾；無強(qiáng)光直射。在織物上均勻地選取10個點(diǎn)測量其方塊電阻以及電阻，將最大值和最小值去掉，剩余的8個值求其平均值。

2 結(jié)果和討論

2.1 表面形貌分析

圖1給出了羊毛織物普通原位聚合以及超聲波輔助聚合后的掃描電鏡照片。可以看出，普通原位聚合表面聚合物較少，不均勻，并且團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重；超聲波輔助聚合的表面比較均勻、致密，團(tuán)聚現(xiàn)象不明顯。這是因?yàn)槌暡ǖ目栈饔媚軌驅(qū)误w的分布起到調(diào)節(jié)作用，使苯胺單體更均勻地附著在羊毛纖維的表面，改善聚合效果。

圖 1 超聲波作用對表面形貌的影響

2.2 超聲溫度對織物導(dǎo)電性能的影響

當(dāng)超聲波清洗器處理功率為100%，鹽酸濃度為1mol/L，超聲處理時間為2h時，測量在不同超聲溫度下，聚合羊毛織物表面電阻的變化情況，如圖2所示。由圖2可知，導(dǎo)電織物的表面電阻在超聲溫度為75℃以下時，隨著超聲溫度的升高而不斷減小，達(dá)到75℃繼續(xù)升高到80℃時，織物的表面電阻值變化較小，達(dá)到穩(wěn)定。

圖2 超聲溫度對織物導(dǎo)電性能的影響

2.3 超聲時間對織物導(dǎo)電性能的影響

超聲波清洗器處理功率為100%，鹽酸濃度為1mol/L，超聲處理溫度為75℃時，測量經(jīng)不同超聲時間，聚合羊毛織物表面電阻的變化情況，如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)超聲處理時間為2h，導(dǎo)電織物的表面電阻達(dá)到最小值，超聲時間小于2h時，隨著超聲時間的延長表面電阻值逐漸減??；當(dāng)超聲時間大于2h時，隨著時間的進(jìn)一步延長，織物的表面電阻值不僅不減小，甚至有升高的趨勢。這是因?yàn)楫?dāng)超聲時間小于2h時，超聲波的空化分散作用有助于苯胺的有效沉積；當(dāng)時間延長后，由于顆粒的激烈碰撞，容易導(dǎo)致微粒發(fā)生周期性的堆積，使得分子鏈發(fā)生彎曲變形從而導(dǎo)致導(dǎo)電性能下降。

圖3 超聲時間對織物導(dǎo)電性能的影響

2.4 苯胺濃度對織物導(dǎo)電性能的影響

從圖4中明顯可以看出在苯胺濃度在1～1.2mol/L范圍內(nèi)時，織物的電阻值較小，其導(dǎo)電性能較好，而當(dāng)苯胺濃度過低或過高時，制得的纖維導(dǎo)電性差。當(dāng)苯胺濃度低，接枝的苯胺量少，不利于鏈增長反應(yīng)，高分子量的聚苯胺難以生成，而導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性又與其分子鏈的長度有關(guān)，共軛分子鏈長，導(dǎo)電性能好。但對于一定的引發(fā)體系，鏈增長反應(yīng)并不會隨單體濃度的增加而無止境地進(jìn)行下去，在氧化劑過硫酸銨用量一定時，苯胺濃度增加到一定程度后，聚苯胺分子鏈長度不會繼續(xù)增長，產(chǎn)物導(dǎo)電性也不會有大的變化。而當(dāng)苯胺單體濃度過大時，存在一些副反應(yīng)，這些副反應(yīng)不利于高導(dǎo)電性的聚苯胺的生成，所以制得的導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性得不到提高，反而下降。

2.5 鹽酸濃度對織物導(dǎo)電性能的影響

從圖5中可以看出織物電阻值整體趨勢是先減小后增大，在鹽酸濃度維持在0.5～1mol/L時，電阻值較小，即導(dǎo)電性能較佳。當(dāng)鹽酸濃度小于0.5mol/L時，隨著鹽酸濃度增大，反應(yīng)速度提高，分子量增加，鏈節(jié)數(shù)增多，導(dǎo)電性增加；當(dāng)鹽酸的濃度大于1mol/L時，反應(yīng)速度過快，導(dǎo)致分子量分布不均勻，同時聚苯胺氧化程度過高，使導(dǎo)電性降低。這是因?yàn)楫?dāng)酸度過高時，會發(fā)生苯環(huán)上的取代反應(yīng)而生成聚苯胺衍生物，使得聚合產(chǎn)物的電導(dǎo)率降低。

圖4 苯胺濃度對織物導(dǎo)電性能的影響

圖5 鹽酸濃度對織物導(dǎo)電性能的影響

3 結(jié)論

以羊毛織物為基體織物，在苯胺吸附過程中引入超聲波場，可以增加苯胺的接枝量，從而增加聚苯胺在織物上的量，提高織物的導(dǎo)電性能，這對導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能研究具有較好的啟發(fā)作用。

經(jīng)單因素分析法得出合成導(dǎo)電羊毛織物的最佳工藝條件是：當(dāng)超聲時間為2h，超聲溫度為75℃，苯胺濃度為1mol/L，鹽酸濃度為0.5mol/L時，織物的導(dǎo)電性能最佳。

[1] 狄劍鋒，單文巧.聚苯胺導(dǎo)電織物超聲波輔助生產(chǎn)工藝研究[J].棉紡織技術(shù)，2014，42(04)：26—28.

[2] Parveen Saini，Veena Choudhary，Sundeep.K.Dhawan.Improved microwave absorption and electrostatic charge dissipation efficiencies of conducting polymer grafted fabrics prepared via in situ polymerization[J].Polymers Advanced Technologies，2012，23(3)：343—349.

[3] 周兆懿，趙亞萍，蔡再生，等.纖維表面不同無機(jī)酸摻雜聚苯胺的制備及表征[J].化工進(jìn)展2010，29(5)：909—913.

[4] 狄劍鋒，唐俊云.聚苯胺錦綸氨綸復(fù)合導(dǎo)電織物的制備工藝[J].紡織學(xué)報，2011，32(4)：43—47.

Effects of Electroconductibility of PolyanilineWool Fabrics Treated by Ultrasonic Wave

LiXiangtao,LinLijuan,DaiJingjing,DaiYanyang,YuJian

(Yancheng Institute of Technology, Yancheng 224051, China)

The electroconductibility polyaniline wool fabrics were prepared by insitu polymerization by ultrasonic treatment. The morphological changes of polymer and the influences of ultrasonic temperature were studied from the aspects of ultrasonic wave treated time, concentrations of aniline and hydrochloric acid. The results show that the optimum conditions are ultrasonic time of 2 h, ultrasonic temperature of 75℃, aniline of 1mol/L and hydrochloric acid of 0.5mol/L.

ultrasonic wave treatment; polyaniline; wool fabrics; conductivity

2016-04-11

江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(2015027)

李祥濤(1994-)，男，江蘇連云港人，學(xué)士。

TS131.8 文獻(xiàn)識別碼:A

1009-3028(2016)03-0001-03