陽離子聚丙烯酸酯摻雜作用下聚吡咯-木質(zhì)纖維導(dǎo)電紙的制備及性能研究.pdf

1、本課題以探索性能優(yōu)越的導(dǎo)電紙為目的。因?qū)щ?PPy低溫?zé)o毒、易于合成、易成膜且導(dǎo)電性穩(wěn)定。因此，課題采用原位吸附化學(xué)氧化法，自制陽離子聚丙烯酸酯表面活性劑(CPS)為摻雜劑，在氧化劑三氯化鐵(FeCl3)作用下，合成了PPy/木質(zhì)纖維導(dǎo)電紙(CF)。CPS以親油單體苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)，親水單體甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAM)發(fā)生自由基聚合生成。由于其結(jié)構(gòu)可控，在分子量較高時，仍有很好的表面活性，因而選用PPy的摻雜劑

2、，高分子長鏈能纏繞固定于復(fù)合導(dǎo)電纖維中，提高PPy的導(dǎo)電性，也改善了纖維穩(wěn)定性及力學(xué)性能；CPS優(yōu)越的分散性能，解決了導(dǎo)電纖維在紙漿懸浮液中的絮聚問題。
　　實驗采用紅外光譜(FT-IR)及核磁共振譜(1H-NMR)表征了CPS的結(jié)構(gòu)。通過凝膠滲透色譜(GPC)、表面張力、熒光光譜(FLD)、透射電鏡(TEM)及動態(tài)光散射(DLS)等研究了CPS的溶液性能及聚集行為。通過膠體滴定(PCD)測試，考察了 CPS在天然纖維上的吸附情況

3、；采用紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)及元素分析、X-射線電子能譜(XPS)表征了導(dǎo)電紙的結(jié)構(gòu)、形貌及其化學(xué)組成；熱重分析(TG)考察了纖維的熱穩(wěn)定性；用四探針電阻率測試儀和零距抗張強度儀對導(dǎo)電紙的導(dǎo)電穩(wěn)定性及紙張力學(xué)性能進行了測試、分析。實驗研究表明：
　　(1) CPS的重均分子量(Mw)均在104數(shù)量級，并隨親水單體用量的增加，分子量的多分散性略增大；分子鏈上親水基團含量較低時，CPS

4、1水溶液的表面張力可以下降到39.11 mN/m，此時cmc值為2.20 g/L。表面張力、cmc均會隨分子鏈上親水基團含量增加而變大；CPS溶液濃度增加，會使熒光強度增強，I1/I3值下降，探針芘的（0,0）特征吸收峰也從334 nm遷移到338 nm， I338/I334值從0.53增大到1.42，以上這些證實：疏水基團聚集形成疏水微區(qū)，芘分子從水相極性環(huán)境轉(zhuǎn)移到膠束疏水內(nèi)核。隨著 CPS鏈上親水基團含量增大，膠束形成難度會增加，形

5、成速率也會下降。通過表面張力、熒光測試，所得CPS的cmc值接近；CPS聚集體膠束是由親水外殼與疏水內(nèi)核組成的核殼結(jié)構(gòu)，隨分子鏈上親水基團含量的增加，膠束表面親水層明顯加厚。粒徑及分布系數(shù)隨 CPS溶液濃度的增加而增加。在同一溶液濃度下，CPS分子鏈上親水基團含量升高，膠束粒徑亦變大。此外，TEM比DLS所測的粒徑偏小。
　　(2)分子量較大(即高電荷密度)的 CPS，在天然纖維上的吸附飽和量較低。PPy在紙張表面及內(nèi)部分布較均勻

6、，呈現(xiàn)不規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，表面PPy的氧化現(xiàn)象較明顯；天然纖維經(jīng)改性后表面變粗糙，制得的紙張表面纖維緊密度提高，間隙被填補，單根纖維呈現(xiàn)扁平狀；PPy顆粒的數(shù)量隨摻雜劑CPS中DMAM含量的增加，呈現(xiàn)出先增多后略有減少的趨勢，DMAM含量為40％時顆粒最多分布最密集；與空白木質(zhì)纖維相比，導(dǎo)電纖維的熱降解溫度降低，熱失重速率減小，熱降解殘渣量變多。確定的實驗最佳條件為：反應(yīng)溫度為0℃，合成時間為120 min，體系的pH=2，吡咯質(zhì)量占絕干

7、纖維的12%，n(Py)/n(FeCl3)=1:2。隨著一定量摻雜劑中DMAM含量的增大，導(dǎo)電紙的電阻率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，從CF1的460 KΩ·cm降低到CF5的30 KΩ·cm，再升高到CF9的86 KΩ·cm。導(dǎo)電纖維保存在5℃下，其貯放時間對導(dǎo)電性影響很小。貯存在空氣中的導(dǎo)電紙導(dǎo)電性不穩(wěn)定，隨貯存時間的增長及溫度的升高，電阻率增大，且高溫下導(dǎo)電性衰減更為迅速。同溫下，置于真空中的導(dǎo)電紙導(dǎo)電性優(yōu)于空氣中的；在纖維酸性水解、氧