聚苯胺_阴离子聚醚型聚氨酯导电复合膜的制备

合成纤维SFC2006No.5聚苯胺/阴离子聚醚型聚氨酯导电复合膜的制备孙东豪（苏州大学材料学院，江苏苏州215021）摘要：常压下，采用化学氧化现场吸附聚合法制备了聚苯胺/阴离子型聚氨酯导电复合膜。该复合膜不仅表现出良好的导电性，其表面电阻为103Ω/cm，而且导电性较为耐久和稳定；同时复合膜也兼有良好的力学性能及良好的透气性。关键词：聚苯胺导电膜；现场聚合；抗静电材料中图分类号：TQ317文献标识码：A文章编号：1001-7054（2006）05-0004-04有机高分子导电复合物具有重量轻、易加工成各种复杂形状、稳定性好以及电导率在较大范围内可调节等特点，在防静电、微波吸收和电磁屏蔽等领域有着广阔的应用前景。随着电子信息技术、纺织和化工等行业的进一步发展，人们对不同应用层次的新的导电复合材料的需求也将会越来越大。聚苯胺（PAn）是众多结构型导电聚合物中较早被认识的，当前的研究重点正转向对其应用开发。制备聚苯胺导电复合材料（膜或纤维材料）是其中一个重要的研究方向。通过现场原位聚合可以制备聚苯胺复合材料，该方法操作简单，反应容易控制并对基材的力学性能的影响较小，容易获得综合性能优良的复合材料。课题组在较早时期就已展开对聚苯胺及其衍生物的性能研究，并且制备了高电导率的聚苯胺/聚乙烯醇复合膜和聚苯胺/涤纶导电纤维[1~3]，但是聚苯胺在材料表层的耐久性还存在不足。最近有人为了提高导电复合材料的稳定性，将柔性链高聚物如聚己内酰胺、聚丙烯腈等[4,5]直接浸泡在苯胺中进行处理，然后再通过聚合反应获得导电复合物。该方法虽然能提高聚苯胺在基材上的耐洗性，但是由于苯胺单体挥发性强，毒性大，操作过程中不可避免地会产生对人体的毒害作用和引起对环境的污染问题。另外有机溶剂也会不同程度地引起合成高聚物的老化，影响高聚物的力学性能。为了克服上述存在的问题，可以尝试将通用的疏水性高聚物转化为亲水性的高聚物，然后再与苯胺酸性水溶液进行现场吸附聚合反应，这也是制备导电复合膜新的有效途径之一。本文选择具有优良力学性能和成膜性的阴离子聚醚型聚氨酯作为基材，制备聚苯胺/聚氨酯导电复合膜。阴离子水分散型聚氨酯有着良好的吸水性，这有利于水中的聚氨酯膜对苯胺单体的吸附，提高复合膜中聚苯胺的含量；同时阴离子型聚氨酯分子链上存在着带负电荷的羧基离子（-COO-），能够和带正电荷的聚苯胺分子链形成离子键，这也有利于增强基材和聚苯胺的相互作用力，帮助提高复合膜表层聚苯胺的稳定性。1实验1.1主要原材料羧基阴离子聚醚型聚氨酯水乳液PU-302B，含固量为40%，pH=7.8，无任何添加剂，上海化工厂产；油溶性聚醚型聚氨酯，山东烟台化研所产，溶解所用溶剂为DMF。使用时，均先制成聚氨酯膜，具体方法见文献[6]。氯化铜、氯化铁、磷酸、醋酸和二氯醋酸均为分析纯试剂。阴离子型聚氨酯膜被记作为APU膜，油溶性收稿日期：2005-11-14作者简介:孙东豪(1963~)，男，讲师，主要从事功能性高分子材料的研究。研究论文FiberResearch4合成纤维SFC2006No.5聚氨酯膜被记作为PU膜。1.2聚苯胺/阴离子型聚氨酯复合膜(PAn/APU膜)的制备取经去油处理后的APU膜（长7cm×宽1cm×厚1mm）置于0.5mol/L苯胺+1mol/L盐酸水溶液中，在常温下浸泡一定时间后，边搅拌边缓慢滴加0.5mol/L过二硫酸铵，反应时间为1h。完毕后取出，用流水冲洗掉膜表面沉积的聚苯胺，接着用对应的酸洗涤数次，恒温干燥后备用。在使用其它的酸作为反应介质或者是使用其它的氧化剂进行反应时，其反应条件、所用的酸和氧化剂的浓度均和上述反应相同。1.3主要性能测试用QS-18A型万能电桥测试膜的表面电阻，两铜电极的间距为2cm。测量时，在膜表面不同的位置连续测量6次，取其平均值。用X650型（日本）扫描电镜观察膜的表面形态。样品的红外光谱（FTIR谱）或衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR谱）均在BRUKERIFS113型（英国）仪器上进行。用KBr压片法测试聚苯胺粉末样品。用S-5109型静电仪（日本）测试膜的半衰期和感应电压。膜规格为4.5cm×4.5cm，测试温度25℃，相对湿度50%，外加电场8kV。力学性能在YG-026B型织物拉力仪上测定。膜规格为7cm×1cm，夹持间距为5cm，拉伸速率为100mm/min，测试温度为20℃，相对湿度是65%。用透湿杯法（GB/T12701—1991）测试膜的透水蒸汽性。WS/09-02B恒温恒湿箱控制环境温度为37±0.5℃，相对湿度为50%±2%，循环气流速率0.3～5m/s，膜直径30mm，透湿杯内径20mm。复合膜的耐洗牢度试验是实验室仿洗衣机洗涤。浴温40℃，每次洗涤5min。酸性洗液是pH=1的稀盐酸；碱性洗液是pH=8～9的肥皂水。