一種聚乳酸復合導電纖維的制備方法
【專利摘要】本發明屬于復合導電纖維制備領域，特別涉及一種硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維制備方法。制備所述聚乳酸復合導電纖維的具體步驟如下：將聚乳酸纖維浸入到二元胺水溶液中，于10℃～40℃反應，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的二元胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維；將胺化的聚乳酸纖維浸入五水硫酸銅水溶液中，在20℃～60℃浸泡5～30分鐘后，加入硫代硫酸鈉水溶液，升溫至70℃～85℃應15～50分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得聚乳酸復合纖維。本發明反應條件溫和，所需設備便宜，生產工藝簡單、成本較低，而且對纖維的強度、滑爽性等損傷較少，在服裝、裝飾、產業等方面有許多新的應用。
【專利說明】
一種聚乳酸復合導電纖維的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于復合導電纖維制備領域，特別涉及一種硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維制備方法。
【背景技術】
[0002]聚乳酸(PLA)是一種無毒、可完全生物降解的聚合物，具有較好的化學惰性、易加工性和良好的生物相容性，不污染環境，被認為是最有發展前途的高分子材料，備受國內外關注。聚乳酸纖維可由傳統的紡絲工藝(如溶紡、熔紡等)制備，性能與傳統的合成纖維相比不相上下，甚至在某些情況下更為優異。目前，國外熔融紡絲法制備聚乳酸纖維的工藝比較成熟，已有不少聚乳酸纖維類商品面世，如美國CargillDow的Ingeo纖維、日本鐘紡公司的Lactron纖維、尤尼吉卡公司的Terramac纖維等。隨著成本的不斷降低，聚乳酸及其纖維的生產規模逐年擴大。目前，PLA的熔融紡絲技術已經成熟，PLA可望替代石油基高分子材料成為化學纖維的原料，以解決合成纖維的發展所面臨的資源短缺和環境污染問題。而針對PLA纖維的功能化的研究和開發工作卻較少，纖維的導電功能化已經成為產業界和學術界的開發和研究的重點，因此實現PLA纖維的導電功能化非常有必要。
[0003]金屬硫化物在光學、光電化學、催化、環保等方面都具有特殊的性能。它們具有良好的化學和熱穩定性，是一種良好的光電材料。利用金屬硫化物的特性來生產導電纖維的方法在目前應用最多是纖維表面化學反應法，這種方法主要通過化學處理，即通過反應液的浸漬，在纖維表面產生吸附，然后通過化學反應使金屬硫化物覆蓋在纖維表面。此方法優點在于工藝簡單、成本較低，而且對纖維的強度、柔軟性、滑爽性等損傷較少。在20世紀80年代，日本就研制成這類導電纖維。有人還專門對導電成分及導電機理進行了研究，如日本研制的表面覆蓋銅的硫化物的導電腈綸，是先將腈綸在含銅離子溶液中處理，然后在還原劑中處理，纖維上的Cu2+變成Cu+與-CN絡合，進一步形成銅的硫化物的導電性物質。由于這些導電物質在纖維結構上形成了網絡，故導電性能很好。國內專利87 I 04625.3、201510188325.K200810084225.4等都是采用這種方法生產導電纖維的。
[0004]由于聚丙烯腈纖維上的氰基能與銅離子產生絡合，使纖維具有導電性;而對于沒有氰基的聚乳酸纖維，導電物質就無法與纖維發生絡合，因此影響了聚乳酸纖維對金屬硫合物的吸附和吸附牢度，故無法制得導電性能優良的纖維。
【發明內容】
[0005]為解決導電物質無法與纖維發生絡合的技術問題，本發明提供一種化學反應法制備聚乳酸復合導電纖維的方法。該方法首先將聚乳酸纖維進行胺解，使纖維表面存在自由的胺基，然后使用五水硫酸銅和硫代硫酸鈉為原料，采用化學反應法在聚乳酸纖維的表面生成硫化亞銅。該方法有效提高了金屬硫化物在聚乳酸纖維表面的吸附，具有制備工藝條件容易實現、節約成本、纖維導電性能優良等優點。
[0006]本發明采用以下技術方案，一種聚乳酸復合導電纖維的制備方法，制備所述聚乳酸復合導電纖維的具體步驟如下:
(1)將聚乳酸纖維浸入到質量濃度5%?30%的二元胺水溶液中，于10°C?40°C反應10?120分鐘，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的二元胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維；
(2)將胺化的聚乳酸纖維浸入質量濃度為5%?20%的五水硫酸銅水溶液中，在200C?60°C浸泡5?30分鐘后，加入質量濃度為5%?20%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至70 °C?85°C應15?50分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得聚乳酸復合纖維。
[0007]所述步驟(I)中的二元胺為乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺中的一種，聚乳酸復合纖維與乙二胺水溶液的質量比為I: 10?1:50。
[0008]所述步驟(2)中胺化的聚乳酸纖維與五水硫酸銅水溶液的質量比為1:5?1:20，五水硫酸銅水溶液與硫代硫酸鈉水溶液的質量比為1:1?1: 5。
[0009]本發明的有益效果在于:
(I)本發明首先用二元胺將聚乳酸纖維進行胺解，胺解反應不僅使聚乳酸纖維表面產生裂紋和坑洼，而且將纖維表面引入自由的胺基。纖維表面的裂紋和坑洼使硫化亞銅與纖維的機械固著作用增強；同時自由的胺基又可以與銅離子產生化學絡合作用，提高銅的硫化物在纖維表面上的吸附。本發明提高了硫化亞銅在纖維中的含量，真正解決了聚乳酸纖維對金屬硫化物的有效吸附問題，使纖維具有穩定、持久的導電效果。
[0010](2)本發明反應條件溫和，所需設備便宜，生產工藝簡單、成本較低，而且對纖維的強度、滑爽性等損傷較少，具有手感柔軟、變形性好、重量輕和良好的加工性能，可制成各種復合材料，在服裝、裝飾、產業等方面有許多新的應用。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
將20克聚乳酸纖維浸入500克質量濃度為5%的乙二胺水溶液中，在40°C反應30分鐘，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的乙二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0012]取10克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入50克質量濃度為5%的五水硫酸銅水溶液中，在50°C浸泡10分鐘后，加入50克質量濃度為5%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應30分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為1.8X10—5S/cm。
[0013]實施例2
將20克聚乳酸纖維浸入1000克質量濃度為30%的乙二胺水溶液中，在30°C反應60分鐘，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的乙二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0014]取10克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入100克質量濃度為10%的五水硫酸銅水溶液中，在40°C浸泡5分鐘后，加入100克質量濃度為10%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應I小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為 5.3X10—2S/cm。
[0015]實施例3
將30克聚乳酸纖維浸入600克質量濃度為15%的丙二胺水溶液中，在20°C反應120分鐘，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的丙二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0016]取20克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入500克質量濃度為8%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡30分鐘后，加入2500克質量濃度為5%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至85°C反應20小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為9.6X10—3S/cm。
[0017]實施例4
將20克聚乳酸纖維浸入400克質量濃度為25%的丙二胺水溶液中，在20°C反應2小時，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的丙二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0018]取10克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入200克質量濃度為20%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡30分鐘后，加入400克質量濃度為10%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應40分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為5.3X10—4S/cm。
[0019]實施例5
將20克聚乳酸纖維浸入500克質量濃度為12%的丁二胺水溶液中，在40°C反應2小時，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的丁二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0020]取10克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入400克質量濃度為15%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡30分鐘后，加入500克質量濃度為10%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應20分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為3.8X10—4S/cm。
[0021 ] 實施例6
將20克聚乳酸纖維浸入500克質量濃度為30%的丁二胺水溶液中，在30°C反應2小時，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的丁二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0022]取10克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入500克質量濃度為5%的五水硫酸銅水溶液中，在20 °C浸泡30分鐘后，加入700克質量濃度為6.5%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至85°C反應0.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為8.2X10—3S/cm。
[0023]實施例7
將40克聚乳酸纖維浸入500克質量濃度為15%的己二胺水溶液中，在25°C反應2小時，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的己二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0024]取15克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入300克質量濃度為15%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡30分鐘后，加入1500克質量濃度為6%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應40分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為5.8X10—3S/cm。
[0025]實施例8
將10克聚乳酸纖維浸入500克質量濃度為30%的己二胺水溶液中，在40°C反應2小時，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的己二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0026]取15克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入300克質量濃度為20%的五水硫酸銅水溶液中，在60°C浸泡30分鐘后，加入1500克質量濃度為20%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至85°C反應50分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為6.8X10—3S/cm。
[0027]實施例9
將50克聚乳酸纖維浸入500克質量濃度為5%的己二胺水溶液中，在10°C反應10分鐘，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的己二胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維。
[0028]取30克上述步驟得到的胺化聚乳酸纖維，浸入150克質量濃度為5%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡5分鐘后，加入150克質量濃度為5%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至70°C反應15分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/聚乳酸復合導電纖維，纖維的電導率為 5.6X10—3S/cm。
【主權項】
1.一種聚乳酸復合導電纖維的制備方法，其特征在于:制備所述聚乳酸復合導電纖維的具體步驟如下: (1)將聚乳酸纖維浸入到質量濃度為5%?30%的二元胺水溶液中，于10°C?40°C反應10?120分鐘，反應完畢后，用水充分漂洗以去除未反應的二元胺，將纖維干燥后得到胺化的聚乳酸纖維； (2)將胺化的聚乳酸纖維浸入質量濃度為5%?20%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C?60°C浸泡5?30分鐘后，加入質量濃度為5%?20%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至70 °C?85°C應15?50分鐘，取出纖維后用水漂洗、烘干后得聚乳酸復合纖維。2.如權利要求1所述的聚乳酸復合導電纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中的二元胺為乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺中的一種，聚乳酸復合纖維與乙二胺水溶液的質量比為1:10?1:50。3.如權利要求1所述的聚乳酸復合導電纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中胺化的聚乳酸纖維與五水硫酸銅水溶液的質量比例為1:5?1:20，五水硫酸銅水溶液與硫代硫酸鈉水溶液的質量比為1:1?1:5。
【文檔編號】D06M11/53GK105839397SQ201610209922
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】郭正, 張風, 張一風, 潘瑋
【申請人】中原工學院