氧化劑對聚苯胺滌棉復合織物電磁性能的影響

　　摘要:采用原位聚合法制備聚苯胺/滌棉復合織物,探討氧化劑種類及濃度對復合織物在107~108Hz頻率范圍內(nèi)的屏蔽效能、表面電阻,以及在106~109Hz頻率范圍內(nèi)介電常數(shù)實部、虛部、損耗角正切值的影響。結(jié)果表明:以過硫酸銨作為氧化劑時,復合織物的屏蔽性能、介電性能達到最佳,隨著氧化劑濃度的增大,屏蔽效能、介電常數(shù)實部虛部損耗角正切均先增大后減小。當以過硫酸銨為氧化劑,氧化劑與苯胺濃度比值為2∶1,頻率為1.81×107Hz時,屏蔽效能達到最大值9.84dB;在106~109Hz頻率范圍內(nèi),介電常數(shù)實部、虛部以及損耗角正切值達到最大值,分別為5.89、0.45、0.13。

　　關(guān)鍵詞:聚苯胺;原位聚合;氧化劑;屏蔽性能;導電性能;介電性能

　　0引言

　　隨著電磁波的廣泛使用,電子設備在日常生活中的應用越來越普遍,在給人類社會帶來巨大便利的同時,也帶來了電磁污染問題[1-3]。電磁波在一定程度上限制了軍事和民用設備的運行,還會對生物健康產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的傷害[4],電磁防護材料應運而生。理想的電磁波防護材料應該滿足:吸收頻段寬、匹配厚度薄、質(zhì)量輕、吸收能力強等4個基本要求[5-6]。

　　目前,在電磁防護領(lǐng)域應用較為廣泛的材料包括碳系材料[7]、磁性粒子以及導電聚合物[8-9]等。聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)等是當前最常見的導電聚合物[10],近年來在電磁防護領(lǐng)域應用廣泛。聚苯胺具有成本低、易合成、有反復質(zhì)子摻雜能力[11]等優(yōu)勢。苯胺單體在一定條件下發(fā)生化學氧化聚合反應,可以生成具有一定分子量的聚苯胺[12]。聚苯胺主要的合成方法有溶液聚合[13]、乳液聚合[14]、微乳液聚合[15]、模板聚合[16]、酶催化聚合法等。導電聚合物具有共軛π鍵主鏈和較低的密度,對電磁波的響應較強,極化損耗增強,從而提高材料的電磁防護能力[17]。

　　國內(nèi)外眾多學者已經(jīng)研發(fā)了種類繁多、性能優(yōu)良的電磁防護材料,然而在投入應用中仍有很多的挑戰(zhàn)。目前,應用于8~12GHz頻段之間的電磁防護材料研究較為廣泛,這些材料主要應用于反雷達探測、衛(wèi)星通信等場所。然而,隨著電子科技的發(fā)展和人類生活水平的提高,電視廣播、無限電通訊等(頻段在107~108Hz)電子設備被大量使用,低頻段電磁污染日益嚴重,因此,研究107~108Hz的材料的電磁性能具有重要意義。本文采用原位聚合法制備了聚苯胺/滌棉復合織物,研究了氧化劑種類及濃度對滌棉復合織物在107~108Hz頻率范圍內(nèi)的屏蔽效能、表面電阻的影響,以及在106~109Hz頻率范圍內(nèi)介電常數(shù)實部、虛部、損耗角正切值的影響。

　　1實驗

　　1.1材料與藥品

　　1.1.1材料

　　滌棉混紡織物(平紋機織物,混紡比為10/90)由寶雞億帛商貿(mào)有限公司提供;苯胺(分析純,天津市化學試劑供銷公司);六水合三氯化鐵(分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司);過氧化氫(分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司);二水合氯化銅(分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司);過硫酸銨(分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司)。

　　1.1.2儀器

　　矢量網(wǎng)絡分析儀(ZNB40,德國Rohde&Schwarz公司);數(shù)字萬用表(F8808A,美國FLUKE公司);介電譜儀(E4991B,是德科技(中國)有限公司)。

　　1.2制備工藝

　　1)配制溶液:取苯胺單體,加蒸餾水攪拌使其充分溶解,配制成規(guī)定濃度的苯胺單體溶液;取摻雜劑,加蒸餾水攪拌使其完全溶解,配制成規(guī)定濃度的摻雜劑溶液;取氧化劑,加蒸餾水攪拌使其完全溶解,配制成規(guī)定濃度的氧化劑溶液。

　　2)將基布放入蒸餾水中潤濕,便于吸附;然后將織物浸潤在已經(jīng)配備好的苯胺單體酸溶液中,浸潤30min,使織物充分吸附苯胺單體。將提前配備好的氧化劑酸溶液按照固定的頻率滴加到吸附液中,在室溫下使苯胺發(fā)生聚合反應;反應60min后在織物上生成聚苯胺,使用無水乙醇溶液洗滌之后使用蒸餾水沖洗,自然晾干。聚苯胺/滌棉復合織物的制備流程如圖1所示。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1氧化劑種類的選擇

　　為了探討氧化劑種類對聚苯胺/滌棉復合織物電磁性能的影響,以對甲苯磺酸為摻雜劑,分別選用過硫酸銨、過氧化氫、氯化銅、三氯化鐵等4種氧化劑,浴比為1∶30,苯胺濃度為0.2mol/L,采用原位聚合法制備了聚苯胺/滌棉復合織物。選用苯胺濃度0.2mol/L的原因是,當苯胺濃度過低時,生成的聚苯胺不能完全覆蓋在織物表面,無法在織物表面形成致密的聚苯胺涂層[18],復合織物的導電能力與介電性能均較差,無法形成理想的導電網(wǎng)絡,復合織物的電磁屏蔽性能較差;當苯胺濃度適宜時,可以在織物表面生成均勻致密的聚苯胺[19],復合織物的導電能力和介電性能均得到改善,對電磁波的極化、損耗、衰減能力提高,增強了對電磁波的吸收。

　　而當苯胺濃度過高時,織物表面的苯胺達到飽和,易產(chǎn)生副反應,不利于生成高導電性的聚苯胺,且附著力下降,容易出現(xiàn)團聚和缺陷,過量的苯胺無法被氧化劑充分氧化[20],無法形成完整的導電網(wǎng)絡,導致電磁屏蔽性能與介電性能變差[21-22]。分別以過氧化氫、六水合三氯化鐵、二水合氯化銅及過硫酸銨為氧化劑,在摻雜劑濃度0.4mol/L、苯胺濃度0.2mol/L、氧化劑濃度0.4mol/L、反應時間90min、反應溫度25℃等工藝條件下制備復合織物,制備復合織物屏蔽效能,表面電阻,介電常數(shù)實部、虛部以及損耗角正切值等,結(jié)果如圖2所示。

　　當氧化劑濃度較低時,織物表面形成的聚苯胺含量較少,無法覆蓋織物表層;逐漸增大氧化劑的濃度,織物表面形成了致密均勻的聚苯胺。當氧化劑濃度為0.4mol/L時,織物表面的聚苯胺狀態(tài)最佳,織物被生成聚苯胺均勻包覆;繼續(xù)增大氧化劑濃度則會發(fā)生團聚現(xiàn)象,影響復合織物的性能。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是加入氧化劑引發(fā)苯胺單體發(fā)生氧化反應生成聚苯胺,氧化劑濃度不同會導致聚苯胺的氧化程度不同。

　　當氧化劑濃度較小時,無法形成結(jié)構(gòu)完整的交替的苯環(huán)和氮原子,摻雜態(tài)聚苯胺的產(chǎn)率下降[24],無法形成結(jié)構(gòu)完整的導電網(wǎng)絡,復合織物的電磁屏蔽性能和介電性能較差[25];氧化劑濃度過大加快了苯胺聚合速度,這不利于聚苯胺鏈的增長,還會造成過氧化現(xiàn)象,生成雜質(zhì)聚對苯亞胺[17],在織物表面形成團聚,導致介電性能下降;當氧化劑濃度適宜時可以生成導電性能良好的摻雜態(tài)聚苯胺,復合織物可以有效的屏蔽、吸收電磁波。

　　紡織評職知識：紡織工業(yè)有哪些期刊是sci收錄

　　3結(jié)論

　　1)氧化劑的種類和濃度均對復合織物的屏蔽效能、表面電阻、介電常數(shù)實部、虛部以及損耗角正切值有所影響,適宜的氧化劑濃度可以有效氧化苯胺,避免氧化不完全或者過氧化現(xiàn)象的發(fā)生。

　　2)當苯胺濃度為0.2mol/L,摻雜劑對甲苯磺酸濃度為0.4mol/L,氧化劑過硫酸銨濃度為0.4mol/L,頻率為1.81×107Hz時,屏蔽效能達到最大值9.84dB;在106~109Hz頻率范圍內(nèi),介電常數(shù)實部、虛部以及損耗角正切值達到最大值,分別為5.89、0.45、0.13。

　　參考文獻(References):

　　[1]MAGISETTYR,SHUKLAA,KANDASUBRAMANIANB.Terpolymer(ABS)cermet(Ni-NiFe2O4)hybridnanocompositeengineered3D-carbonfabricmatasaX-bandelectromagneticinterferenceshieldingmaterial[J].MaterialsLetters,2019,238:214-217.

　　[2]WANGDY,LIURT,XIEYJ,etal.Fabricationofalaminatedfelt-likeelectromagneticshieldingmaterialbasedonnickel-coatedcellulosefibersviaself-foamingeffectinelectrolessplatingprocess[J].InternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2020,154:954-961.

　　[3]石好好,蘇曉磊,劉毅.二維層狀Ti3C2的制備及其增強的微波吸收性能[J].紡織高�；�礎科學學報,2020,33(4):51-58.

　　作者：劉凡1,劉元軍1,郭順德2,趙曉明1

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學術(shù)論文網(wǎng)：http:///nylw/26720.html