本发明专利技术公开了一种水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法。本发明专利技术首先以一定比例的硬性乙烯基单体和软性乙烯基单体作为亲油单体，以阳离子乙烯基单体和丙烯酰胺类单体作为亲水单体，通过自由基溶液共聚合法制备了系列水基阳离子无规共聚物表面活性剂。然后以所制的水基共聚物为掺杂剂，以三氯化铁为氧化剂，通过原位吸附化学氧化聚合法成功制备了聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维。本发明专利技术产品可直接通过传统的造纸工艺制得系列导电纸，其在诸多领域如抗静电材料、电磁屏蔽、储能设备、传感器和电子设备的包装等均体现出诱人的优势及应用前景。其亦可替代目前国内外市场上广泛使用的静电电磁屏蔽塑料包装，缓解塑料对环境造成的压力。
【技术实现步骤摘要】
—种水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法
本专利技术涉及一种导电纤维的制备方法，特别涉及。
技术介绍
以纤维为模板制备本征导电聚合物(ICP)/纤维复合导电材料，由于其优良的稳定性和加工性得到密切的关注，但主要集中于碳纤维、石墨纤维、聚氨酯和聚酰胺纤维等无机和聚合物纤维的研究。与无机纤维和聚合物纤维相比，天然纤维素纤维来源更为简单广泛，加之其可持续发展性、环境友好性和生物降解性等多种功能，而具备较强的市场竞争力；同时可减少对可耗竭石油资源的依赖性。且由于其多孔和表面富含羟基等功能性基团的特性，更有利于导电聚合物在其表面的高效吸附和沉积。目前，对ICP改性天然纤维的研究亦日益广泛，主要有电化学镀法、气相聚合和导电聚合物/纸浆纤维原位吸附聚合法。前两种方法价格昂贵，且所制得导电聚合物产率严重受限于电极的面积，且氧化剂难以回收，存在很大的应用局限性；原位吸附聚合法工艺相对简单。从目前的研究来看，研究者主要集中于采用小分子和中分子掺杂剂制备导电天然纤维，采用大分子掺杂剂制备导电天然纤维的研究还未见报道，特别是水基阳离子聚合物。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，所制得导电纤维素纤维可直接通过传统的造纸工艺单独或与原纤维素纤维复配制得系列导电纸，并且改善了导电性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:通过原位吸附化学氧化聚合法制备聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维，制备的具体过程如下:①在室温下向反应器中加入100份天然纤维和500?9900份水，搅拌10?40分钟，制得均匀分散的天然纤维悬浮液；②向600?10000份均匀分散的天然纤维悬浮液中加入2.5?10份水基阳离子无规共聚物表面活性剂，搅拌10?60分钟，得到体系A ；③向体系A中加入15?35份催化剂和30?60份水的混合液，搅拌10?30分钟，得到体系B;④将体系B置于温度为0°C的冰水浴中，恒温后，向体系B中滴加5?50份吡咯和5?30份冰水的混合物，滴加时间为10?30分钟，滴加完毕后，在0°C下继续反应0.5?2小时，制得聚吡咯/天然纤维悬浮液；⑤将聚吡咯/天然纤维悬浮液经过反复的洗涤和减压过滤，制得聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维。所述水基阳离子无规共聚物表面活性剂的具体制备过程为:将硬性乙烯基单体、软性乙烯基单体、阳离子乙烯基单体、丙烯酰胺类单体、冰醋酸和有机助溶剂按(10?30):(10?30):(5?50):(0?10):(2?5): (5?25)的质量比加入到反应器中，在搅拌下加热升温至70?90°C，然后滴加0.05?2份引发剂和I?10份有机助溶剂的混合液，滴加时间为0.5?I小时，再在70?90°C条件下继续保温反应3?4小时，最后冷却至室温，制得黄色半透明的水基阳离子无规共聚物表面活性剂。所述硬性乙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或两种任意配比的混合物。所述软性乙烯基单体为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种或两种任意配比的混合物。所述阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或两种任意配比的混合物。所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺中的一种或两种任意配比的混合物。所述有机助溶剂为丙酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种任意配比的混合物。所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的一种。所述天然纤维为棉纤维、植物纤维、木纤维中的一种或两种任意配比的混合物。所述催化剂为三氯化铁、过硫酸铵中的一种或两种任意配比的混合物。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果:本专利技术采用水基阳离子高分子作为制备聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维的掺杂剂，通过原位化学氧化聚合法制备导电天然纤维。阳离子基团如氨基的引入可适当地抑制聚吡咯不规则链的产生；同时亦可缓解改性纤维的絮聚问题，此外，大分子掺杂剂亦可改善导电高分子的导电和热稳定性。本专利技术制备工艺简单，所制得导电纤维素纤维可直接通过传统的造纸工艺单独或与原纤维素纤维复配制得系列导电(包装)纸，其在诸多领域如抗静电材料、电磁屏蔽、储能设备、传感器和电子设备的包装等均体现出突出的优势及应用前景，并且可替代目前国内外市场上广泛使用的静电电磁屏蔽塑料包装，缓解塑料对环境造成的压力。【具体实施方式】下面通过具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法:通过原位吸附化学氧化聚合法制备聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维，制备的具体过程如下:①在室温下向反应器中加入100份天然纤维和900份水，搅拌20分钟，制得均匀分散的天然纤维悬浮液；②向1000份均匀分散的天然纤维悬浮液体系中加入4.5份水基阳离子无规共聚物表面活性剂，搅拌30分钟，得到体系A ；③向体系A中加入20份催化剂和40份水的混合液，搅拌10?30分钟，得到体系B ；④将体系B置于温度为0°C的冰水浴中，恒温5分钟后，向体系B中滴加12份吡咯和15份冰水的混合物，滴加时间为20分钟，滴加完毕后，在0°C下继续反应I小时，制得聚吡咯/天然纤维悬浮液；⑤将聚吡咯/天然纤维悬浮液通过反复三次的洗涤和减压过滤，制得聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维。所述水基阳离子无规共聚物表面活性剂的具体制备过程为:将硬性乙烯基单体、软性乙烯基单体、阳离子乙烯基单体、丙烯酰胺类单体、冰醋酸和有机助溶剂按20:20:30:4:3:10的质量比加入到反应器中，在搅拌下加热升温至80°C。然后向体系中滴加I份引发剂和3份有机助溶剂的混合液，滴加时间为0.5小时，然后在70°C条件下继续保温反应3小时。最后将体系冷却至室温，制得黄色半透明的水基阳离子无规共聚物表面活性剂。所述天然纤维为植物纤维；所述催化剂为三氯化铁；所述硬性乙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯；所述软性乙烯基单体为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种或两种任意配比的混合物。所述阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺；所述有机助溶剂为丙酮；所述引发剂为偶氮二异丁腈。将本专利技术所制得导电天然纤维通过传统造纸工艺制得的导电纸的表面电阻率为43 Ω.cm。实施例2水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法:通过原位吸附化学氧化聚合法制备聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维，制备的具体过程如下:①在室温下向反应器中加入100份天然纤维和566份水，搅拌30分钟，制得均匀分散的天然纤维悬浮液；②向666份均匀分散的天然纤维悬浮液体系中加入4.5份水基阳离子无规共聚物表面活性剂，搅拌40分钟，得到体系A ；③向体系A中加入26份催化剂和45份水的混合液，搅拌30分钟，得到体系B ；④将体系B置于温度为0°C的冰水浴中，恒温5分钟后，向体系B中滴加15份吡咯和26份冰水的混合物，滴加时间为20分钟，滴加完毕后，在0°C下继续反应1.5小时，制得聚吡咯/天然纤维悬浮液；⑤将聚吡咯/天然纤维悬浮液通过反复三次的洗涤和减压过滤，制得聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维。所述水基阳离子无规共聚物表面活性剂的具体制备过程为:将硬性乙烯基单体、软性乙烯基单体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法，其特征在于：通过原位吸附化学氧化聚合法制备聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维，制备的具体过程如下：①在室温下向反应器中加入100份天然纤维和500～9900份水，搅拌10～40分钟，制得均匀分散的天然纤维悬浮液；②向600～10000份均匀分散的天然纤维悬浮液中加入2.5～10份水基阳离子无规共聚物表面活性剂，搅拌10～60分钟，得到体系A；③向体系A中加入15～35份催化剂和30～60份水的混合液，搅拌10～30分钟，得到体系B；④将体系B置于温度为0℃的冰水浴中，恒温后，向体系B中滴加5～50份吡咯和5～30份冰水的混合物，滴加时间为10～30分钟，滴加完毕后，在0℃下继续反应0.5～2小时，制得聚吡咯/天然纤维悬浮液；⑤将聚吡咯/天然纤维悬浮液经过反复的洗涤和减压过滤，制得聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维。
【技术特征摘要】
1.一种水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法，其特征在于:通过原位吸附化学氧化聚合法制备聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维，制备的具体过程如下: ①在室温下向反应器中加入100份天然纤维和500~9900份水，搅拌10~40分钟，制得均匀分散的天然纤维悬浮液； ②向600~10000份均匀分散的天然纤维悬浮液中加入2.5~10份水基阳离子无规共聚物表面活性剂，搅拌10~60分钟，得到体系A ； ③向体系A中加入15~35份催化剂和30~60份水的混合液，搅拌10~30分钟，得到体系B ； ④将体系B置于温度为0°C的冰水浴中,恒温后，向体系B中滴加5~50份吡咯和5~30份冰水的混合物，滴加时间为10~30分钟，滴加完毕后，在0°C下继续反应0.5~2小时，制得聚吡咯/天然纤维悬浮液； ⑤将聚吡咯/天然纤维悬浮液经过反复的洗涤和减压过滤，制得聚吡咯/天然纤维复合导电天然纤维。2.根据权利要求1所述的一种水基高分子掺杂作用下导电天然纤维的制备方法，其特征在于:所述水基阳离子无规共聚物表面活性剂的具体制备过程为:将硬性乙烯基单体、软性乙烯基单体、阳离子乙烯基单体、丙烯酰胺类单体、冰醋酸和有机助溶剂按(10~30):(10~30):(5~50):(0~10):(2~5): (5~25)的质量比加入到反应器中，在搅拌下加热升温至70~90°C，然后滴加0.05~2份引发剂和I~10份有机助溶剂的混合液，滴加时间为0.5~I小时，再在70~90°C条件下继续保温反应3~4小时，最后冷却至室温，制得黄色半透明的水基阳离子无规共聚物表面活性剂。3.根据权利要求2所述的一种水基...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海花，范洁，费贵强，汪丽，牟静，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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