超声波处理对聚苯胺羊毛织物导电性能的影响

李祥涛， 林丽娟， 戴晶晶， 戴艳阳， 俞 俭

(盐城工学院，江苏 盐城 224051)

超声波处理对聚苯胺羊毛织物导电性能的影响

李祥涛， 林丽娟， 戴晶晶， 戴艳阳， 俞 俭

(盐城工学院，江苏 盐城 224051)

文章利用超声波原位聚合苯胺单体制备聚苯胺导电羊毛织物。研究了超声波处理后聚合物的形貌，以及超声温度、超声时间、苯胺浓度和盐酸浓度对导电织物导电性能的影响。结果表明：当超声时间为2h，超声温度为75℃，苯胺浓度为1mol/L，盐酸浓度为0.5mol/L时，织物的导电性能最佳。

超声波；聚苯胺；羊毛织物；导电性能

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，因其频率下限大于人的听觉上限而得名。超声波在液体中传播时，存在一个正负压强的交变周期，因而产生超声波的空化作用，自从空化效应发现后，超声波在化学反应合成和加工等领域得到了广泛的应用[1]。

羊毛纤维柔软而富有弹性，呈细长的实心圆柱体形，自然卷曲，纤维的组织结构分三层，即鳞片层、皮质层和髓质层。作为四大天然纤维之一，羊毛织物因为具有弹性好、吸湿性强、保暖性好、不易沾污、光泽柔和等优点，在纺织服装应用非常广泛。近年来，随着织物导电性能的研究逐渐增加[2-4]，羊毛织物导电性能的开发研究也越来受到重视。

1 试验

1.1 试验材料和仪器

织物：白色羊毛凡立丁，经、纬纱线密度为36tex，单位面积质量为80g/m2(无锡协新毛纺厂生产)。

药品：苯胺(分析纯)，过硫酸铵(分析纯)，盐酸(分析纯)，丙酮(分析纯)，氮气(99.9995%)。

仪器：KQ5200DB型数控超声波清洗器，SZT-2A四探针测试仪，85-2数显恒温磁力加热搅拌器，QWANTA200扫描电镜，MP2002电子天平，烘箱。

1.2 聚苯胺导电织物制备

洗涤：将织物裁成10cm×10cm，以丙酮为萃取剂，用索氏提取器回流4 h后取出织物，室温晾干后待用。

吸附单体：将一定质量的羊毛织物浸入苯胺单体盐酸溶液中，然后放置于超声波清洗器中，以一定的温度和功率处理一段时间后取出，用轧车以轧余率为110%将多余的液体轧出，然后将织物放置于温度为60℃的烘箱中烘干，后对织物称重。

原位聚合：在冰水浴条件下，将烘干并吸附了苯胺单体的织物放入过硫酸铵-盐酸溶液中，在氮气保护的条件下反应3 h后取出织物，分别依次用60℃热水、丙酮、稀盐酸溶液、去离子水洗涤数次至洗液没有颜色为止， 再放置于80℃的烘箱中烘干并称重。

1.3 结构表征及性能测试

用QWANTA200扫描电镜观察聚苯胺导电织物的形貌，加速电压为10 kV，在所有样品上面都喷镀一层50～300埃厚的金膜。

采用SZT-2A四探针测试仪直接测试出织物的方块电阻以及电阻。测试条件为：温度23±2℃；相对湿度≤65%；无高频干扰；无强光直射。在织物上均匀地选取10个点测量其方块电阻以及电阻，将最大值和最小值去掉，剩余的8个值求其平均值。

2 结果和讨论

2.1 表面形貌分析

图1给出了羊毛织物普通原位聚合以及超声波辅助聚合后的扫描电镜照片。可以看出，普通原位聚合表面聚合物较少，不均匀，并且团聚现象比较严重；超声波辅助聚合的表面比较均匀、致密，团聚现象不明显。这是因为超声波的空化作用能够对单体的分布起到调节作用，使苯胺单体更均匀地附着在羊毛纤维的表面，改善聚合效果。

图 1 超声波作用对表面形貌的影响

2.2 超声温度对织物导电性能的影响

当超声波清洗器处理功率为100%，盐酸浓度为1mol/L，超声处理时间为2h时，测量在不同超声温度下，聚合羊毛织物表面电阻的变化情况，如图2所示。由图2可知，导电织物的表面电阻在超声温度为75℃以下时，随着超声温度的升高而不断减小，达到75℃继续升高到80℃时，织物的表面电阻值变化较小，达到稳定。

图2 超声温度对织物导电性能的影响

2.3 超声时间对织物导电性能的影响

超声波清洗器处理功率为100%，盐酸浓度为1mol/L，超声处理温度为75℃时，测量经不同超声时间，聚合羊毛织物表面电阻的变化情况，如图3所示。由图3可知，当超声处理时间为2h，导电织物的表面电阻达到最小值，超声时间小于2h时，随着超声时间的延长表面电阻值逐渐减小；当超声时间大于2h时，随着时间的进一步延长，织物的表面电阻值不仅不减小，甚至有升高的趋势。这是因为当超声时间小于2h时，超声波的空化分散作用有助于苯胺的有效沉积；当时间延长后，由于颗粒的激烈碰撞，容易导致微粒发生周期性的堆积，使得分子链发生弯曲变形从而导致导电性能下降。

图3 超声时间对织物导电性能的影响

2.4 苯胺浓度对织物导电性能的影响

从图4中明显可以看出在苯胺浓度在1～1.2mol/L范围内时，织物的电阻值较小，其导电性能较好，而当苯胺浓度过低或过高时，制得的纤维导电性差。当苯胺浓度低，接枝的苯胺量少，不利于链增长反应，高分子量的聚苯胺难以生成，而导电聚合物的导电性又与其分子链的长度有关，共轭分子链长，导电性能好。但对于一定的引发体系，链增长反应并不会随单体浓度的增加而无止境地进行下去，在氧化剂过硫酸铵用量一定时，苯胺浓度增加到一定程度后，聚苯胺分子链长度不会继续增长，产物导电性也不会有大的变化。而当苯胺单体浓度过大时，存在一些副反应，这些副反应不利于高导电性的聚苯胺的生成，所以制得的导电纤维导电性得不到提高，反而下降。

2.5 盐酸浓度对织物导电性能的影响

从图5中可以看出织物电阻值整体趋势是先减小后增大，在盐酸浓度维持在0.5～1mol/L时，电阻值较小，即导电性能较佳。当盐酸浓度小于0.5mol/L时，随着盐酸浓度增大，反应速度提高，分子量增加，链节数增多，导电性增加；当盐酸的浓度大于1mol/L时，反应速度过快，导致分子量分布不均匀，同时聚苯胺氧化程度过高，使导电性降低。这是因为当酸度过高时，会发生苯环上的取代反应而生成聚苯胺衍生物，使得聚合产物的电导率降低。

图4 苯胺浓度对织物导电性能的影响

图5 盐酸浓度对织物导电性能的影响

3 结论

以羊毛织物为基体织物，在苯胺吸附过程中引入超声波场，可以增加苯胺的接枝量，从而增加聚苯胺在织物上的量，提高织物的导电性能，这对导电织物的导电性能研究具有较好的启发作用。

经单因素分析法得出合成导电羊毛织物的最佳工艺条件是：当超声时间为2h，超声温度为75℃，苯胺浓度为1mol/L，盐酸浓度为0.5mol/L时，织物的导电性能最佳。

[1] 狄剑锋，单文巧.聚苯胺导电织物超声波辅助生产工艺研究[J].棉纺织技术，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，赵亚萍，蔡再生，等.纤维表面不同无机酸掺杂聚苯胺的制备及表征[J].化工进展2010，29(5)：909—913.

[4] 狄剑锋，唐俊云.聚苯胺锦纶氨纶复合导电织物的制备工艺[J].纺织学报，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

江苏省大学生实践创新训练项目(2015027)

李祥涛(1994-)，男，江苏连云港人，学士。

TS131.8 文献识别码:A

1009-3028(2016)03-0001-03