一种共混纺丝制备导电聚合物/粘胶杂化纤维的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种杂化纤维及其制备方法，具体涉及到一种导电聚合物/粘胶杂化纤维制备方法。
【背景技术】
[0002]结构型导电高分子材料是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。具有类似金属的导电性，同时又保留了传统聚合物的机械性能和可加工性的有机高分子，又称为“合成金属”。它不同于常见的绝缘聚合物与导电金属颗粒或碳粉复合而成的复合导电聚合物材料，其导电性是本身所固有的。通常导电聚合物的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。因此，导电聚合物不仅具有由于掺杂而带来的金属(高电导率)和半导体(P-和η-型)的特性之外，还具有高分子的可分子设计结构多样化，可加工和比重轻的特点。正因为导电高分子具有上述的结构特征和独特的“掺杂”机制，使导电高分子具有优异的物理化学性能和广阔的应用前景。导电聚合物往往是一种难溶难熔的聚合物，不能直接用他们进行纺丝，在加工上存在一定的难度，限制了其应用，因此，近年来研究者们以不同的纤维及织物为基体制备导电聚合物导电纤维复合材料。共混纺丝的方法制备导电聚合物粘胶纤维杂化纤维，在保持纤维一定强度的同时获得一些具有导电聚合物性能的纤维材料，可以满足在特殊场合的应用。
[0003]粘胶纤维属再生纤维素纤维，吸湿性能与棉相近，回潮率符合人体皮肤的生理要求，同时具有光滑凉爽、透气等特性，目前已广泛应用于服装、家纺、非织造布等都领域。功能化改性粘胶纤维，扩展粘胶纤维的应用一直备受人们关注。中国专利《一种抗菌粘胶纤维及其制备方法》(CN1664186A)介绍了一种将天然芦荟凝胶作为抗菌剂和粘胶混纺制备了抗菌粘胶纤维。世界专利《modified viscose fibres and method for their manufacture》(W091/163)介绍了一种用微晶壳聚糖改性粘胶纤维的方法。Yongfeng He等，通过聚二甲氧基乙氧基磷腈与粘胶共混湿法纺丝制备了一种阻燃纤维(He Y，Chen Y，Zheng Q，et al.Preparat1n and properties of flame-retardant viscose fiber modifiedwith poly[bis(methoxyethoxy)phosphazene][J].Fibers and Polymers，2015，16 (5):1005-1011.)。粘胶纤维的功能化改性，已经成为一个热点问题。
[0004]本发明涉及一种导电聚合物/粘胶杂化纤维制备方法，将制备好的导电聚合物进行处理，与粘胶纺丝原液共混并通过湿法纺丝制得了导电聚合物/粘胶杂化纤维。这种制备方法避免了传统方法制备的导电聚合物后加工困难的缺点，采用直接与粘胶共混，通过湿法纺丝制备了导电聚合物/粘胶杂化纤维。该复合材料具有粘胶纤维本身优良性能的同时进行了功能化改性。该复合材料可以用于导电纺织品、太阳能电池、储能材料、传感器、和水处理等方面。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种导电聚合物/粘胶杂化纤维及其制备方法，该杂化纤维通过将制备好的导电聚合物与粘胶纺丝原液共混，采用湿法纺丝的方法，制备导电聚合物/粘胶杂化纤维。这可使粘胶纤维具有一定的导电率，使粘胶纤维具有导电或抗静电的效果，同时扩大了粘胶纤维的应用范围。
[0006]本发明一种制备导电聚合物/粘胶杂化纤维具体步骤如下:
[0007](I)导电聚合物的合成。采用两种聚合方法包括碱诱导聚合和酸掺杂聚合。
[0008]①碱诱导聚合:配制0.l-2mol/L碱性溶液，加入单体配制成单体浓度为0.l-5mol/L，搅拌5-30min，超声5-60min。放入低温反应器，-10-0°C静置一小时。配制0.l-3mol/L的氧化剂溶液，-10-0°C静置5-60min。将处理好的氧化剂溶液逐滴加入上述混合液，静置反应8-24h。
[0009]②酸掺杂聚合:配制0.l-2mol/L酸性溶液，加入单体配制成单体浓度为0.l_5mol/L，搅拌5-60min，混合均勾。配制0.l_3mol/L的氧化剂溶液向上述反应体系滴加。滴加完成后继续搅拌5-30min，静置反应3-48h。反应温度0_30°C。
[0010](2)将合成聚合物经过水洗至水洗液无色，配制成固含量I % -30%的聚合物和分散剂的悬浮液。并用碱调整混合液pH为8-12。超声5-30min，乳化机高速搅拌5_30min，转速 1000-9000rpm。
[0011](3)将步骤(2)制得共混液，由计量栗送入粘胶纤维纺丝原液管道中，混入粘胶纺丝原液。通过过滤器100-800目滤网过滤去除杂质粒子，并由曲管送入喷丝组件。通过喷丝板形成纺丝细流，通过凝固浴形成初生丝。
[0012](4)初生丝送到导丝盘集束拉伸，在导丝盘上经过酸洗，脱硫，水洗，酸洗，水洗，上油，脱水，烘干得到导电聚合物粘胶长丝复合纤维。
[0013]其中所述的制备方法，所述导电聚合物为聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，聚硫醚，聚对苯撑，及它们其衍生物中的至少一种。所述单体分别为苯胺，吡咯，噻吩，硫醚，对苯撑及其单体衍生物，单体浓度为0.l-5mol/L0调节合成工艺，控制合成导电聚合物为微纳米纤维，球状，或颗粒状，最大尺寸在2 μ m以内。
[0014]所述的制备方法，碱诱导聚合所用的碱为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠，碳酸钾，碳酸氢钠，碳酸氢钾中的至少一种，碱的浓度为0.l-2mol/Lo聚合温度为-10-0°C。
[0015]所述的制备方法，酸掺杂聚合所用的酸为盐酸，硫酸，硝酸，乙酸，醋酸，对甲苯磺酸，十二烷基苯磺酸，苯甲酸，苯乙酸，邻苯二甲酸，对苯二甲酸中的至少一种，酸的浓度为0.l-2mol/Lo 反应温度 0-30°C。
[0016]所述的制备方法，氧化剂为三氯化铁，二氯化铁，双氧水，过硫酸铵，三氯化铝，高锰酸钾，重铬酸钾，碘酸钾，二氧化锰中的I?2种。氧化剂浓度为0.l-3mol/L0
[0017]所述的制备方法，所述分散剂为去离子水，调节PH用的是碱的水溶液，调节pH在8-12。其中碱为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠，碳酸钾，碳酸氢钠，碳酸氢钾中的至少一种。
[0018]所述的制备方法，所述导电聚合物合成方法有碱性聚合，酸性聚合，乳液聚合，微乳液聚合中的至少一种。
[0019]所述的制备方法，所述制备导电聚合物悬浮液超声5-30min，乳化机高速搅拌5-30min，转速 1000_9000rpm。
[0020]所述的制备方法，所述过滤器为蝶形过滤器，烛型过滤器中的至少一种，其中滤网为 100-800 目 ο
[0021]所述的制备方法，所述纤维烘干温度为40-100°C。
[0022]本发明通过预处理的导电聚合物与粘胶纺丝原液共混湿法纺丝制备导电合物/粘胶杂化纤维，避免了导电聚合物不宜加工的缺点，节省了后期复合的工艺，降低能源的消耗。同时共混湿法纺丝具有效率高，设备简单，操作方便等优点，利于大规模的工业生产。更重要的是这种导电聚合物与粘胶纺丝原液有很好的相容性，在保持粘胶纤维优良特性的同时具有一定的导电性或抗静电性，具有很大的潜在应用价值。
【附图说明】
[0023]图1是实施例1碱性条件合成聚苯胺微观形貌图(扫描电子显微图片)。
[0024]图2是实施例1碱性条件合成聚苯胺粒径分布图。
[0025]图3是实施例1所制得的碱性聚合聚苯胺/粘胶杂化纤维图(数码照片)。
[0026]图4是实施例1所制得的碱性聚合聚苯胺/粘胶杂化纤维表面形貌图(扫描电子显微图片)。
[0027]图5是实施例2所制得的酸性聚合聚苯胺/粘胶杂化纤维图(数码照片)。
[0028]图6是实施例2所制得的酸性聚合聚苯胺/粘胶杂化纤维截面图(扫描电子显微图片)。
【具体实施方式】
[0029]以下通过具体实施例用于进一步说明本发明描述的方法，但是并不意味着本发明局限于这些实施例。
[0030]实施例1:
[0031]一种共混纺丝制备导电聚合物/粘胶杂化纤维的方法，包括如下步骤:
[0032](I)导电聚合物的合成，碱性条件下合成聚苯胺。配制0.5mol/L氢氧化钠溶液，加入苯胺配制成苯胺浓度为0.4mol/L，搅拌lOmin，超声30min。放入低温反应器，_5°C静置一小时。配制1.2mol/L的过硫酸铵溶液，-5°C静置30min。将处理好的过硫酸铵溶液逐滴加入聚苯胺和氢氧化钠溶液混合液，静置反应24h。
[0033](2)将合成聚合物经过水洗至水洗液无色，配制成固含量10%的聚合物和水的悬浮液。并用氢氧化钠调整混合液pH为10。超声lOmin，乳化机高速搅拌15min，转速6000rpmo
[0034](3)将步骤(2)制得共混液，由计量栗送入粘胶纤维纺丝原液管道中，混入粘胶纺丝原液。通过过滤器800目滤网过滤去除杂质粒子，并由曲管送入喷丝组件。通过喷丝板形成纺丝细流，通过凝固浴形成初生丝。
[0035](4)初生丝送到导丝盘集束拉伸，在导丝盘上经过酸洗，脱硫，水洗，酸洗，水洗，上油，脱水，烘干得到导电聚合物粘胶长丝复合纤维。
[0036]制备所得到聚苯胺/粘胶杂化纤维，图1是碱性条件下合成聚苯胺，可以看出聚苯胺主要呈球状且直径在2 μπι以内。图2是碱性条件下合成聚苯胺粒径分布，可以看出聚苯胺粒径主要集中在Iym左右。图3是聚苯胺/粘胶杂化纤维数码照片，纤维呈金黄色。图4是聚苯胺/粘胶杂化纤维电子场发射扫描电镜图，可以看出纤维表面光滑平整，说明聚