聚苯胺超细复合纤维的制备与表征

【摘要】聚苯胺是一种典型的共轭高分子聚合物，属于导电高分子材料，因其具有良好的热稳定性、化学稳定性、电化学可逆性和掺杂机理的独特性等性能，是高科技领域中广泛使用的高性能高分子导电材料之一。近现代对聚苯胺复合膜结构，湿法和熔融法制备复合纤维的研究和报道相对较多，而对静电纺聚苯胺超细复合纤维的制备与表征的探讨较少，因此在本文中尝试运用乳液聚合法制备复合乳液，并直接用于静电纺丝，制备聚苯胺/聚乙烯醇（PANI/PVA）超细复合纤维。本文通过乳液聚合的化学方法制备出具有一定黏度、聚苯胺颗粒在微米乃至纳米范围内的PANI/PVA复合乳液，选用十二烷基苯磺酸（DBSA）为掺杂质子酸，聚乙烯醇为表面活性剂，使制备好的聚苯胺颗粒均匀分分散在乳液中。通过正交实验研究掺杂质子酸浓度、聚合温度及氧化剂浓度三个参数对聚苯胺乳液聚合工艺的影响，在本文实验条件下，根据实验结果分析得到：影响PANI导电性能的主次顺序依次是氧化剂、质子酸浓度、聚合温度；最佳摩尔比[DBSA]：[AN]：[APS]为1.03：1：1。以PANI/PVA复合乳液为纺丝液，运用静电纺丝技术制备出导电PANI/PVA超细复合纤维，并对影响纤维形貌、结构及性能的主要参数进行分析，研究结果发现，纺丝液中PANI的固含量、接受距离及纺丝电压等对PANI/PVA超细复合纤维的性能均有影响。通过扫描电子显微镜对铝箔纸上的纤维形貌进行观察，纺丝液中PANI的固含量不仅影响纤维的直径还影响纤维的外观形态。当纺丝距离为14cm时，串珠结构基本消失，纤维直径增大，当纺丝距离为18cm时，纤维上PANI颗粒分布均匀且多，纤维形态和分布较稳定；随着纺丝电压的增加，超细复合纤维的直径增大到578nm，直径分布缩小到144nm。XRD测试数据显示PANI/PVA超细复合纤维的聚集态结构。研究结果表明，PANI固含量的增加，对纤维结晶度的影响比较明显；随着纺丝电压的增加，PANI/PVA超细复合纤维的结晶度先缓慢增加后急剧下降；接受距离在10-20cm逐渐增加，对应试样的结晶度变化比较大，当接受距离为18cm时，结晶度相对比较高；而PANI固含量的增加，在一定程度上改善了PANI/PVA超细复合纤维的热稳定性能。通过电化学工作站对PANI/PVA复合材料进行循环伏安法测试，发现其电致变色行为表现在宏观上的主色变化是绿色—蓝色—黄色，低温下聚合制备的PANI/PVA复合膜的变色效果不及常温下的试样。从CV曲线来看，其氧化还原峰也没有常温下聚合的材料明显。对PANI/PVA超细复合纤维毡以5mV/s、20mV/s、50mV/s、100mV/s不同扫描速率进行电化学性能表征，发现实验组系列的曲线整体走向一致，氧化还原峰值基本消失，通过对PANI颗粒在PVA纤维中分布模型的构建，推断影响电致变色效果因素可能与PANI颗粒之间的距离以及纤维的方向性有关。由PANI/PVA超细复合纤维毡构成的电致变色层厚度远小于人工制备的薄膜厚度，故超细复合纤维毡呈现出比较浅的色彩变化。
【作者】王香琴；
【导师】许鉴；辛斌杰；
【作者基本信息】上海工程技术大学，服装设计与工程，2014，硕士
【关键词】聚苯胺；乳液聚合；静电纺丝；超细复合纤维；电化学性能；

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