一种聚乳酸复合导电纤维的制备方法
【专利摘要】本发明属于复合导电纤维制备领域，特别涉及一种硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维制备方法。制备所述聚乳酸复合导电纤维的具体步骤如下：将聚乳酸纤维浸入到二元胺水溶液中，于10℃～40℃反应，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的二元胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维；将胺化的聚乳酸纤维浸入五水硫酸铜水溶液中，在20℃～60℃浸泡5～30分钟后，加入硫代硫酸钠水溶液，升温至70℃～85℃应15～50分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得聚乳酸复合纤维。本发明反应条件温和，所需设备便宜，生产工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、滑爽性等损伤较少，在服装、装饰、产业等方面有许多新的应用。
【专利说明】
一种聚乳酸复合导电纤维的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于复合导电纤维制备领域，特别涉及一种硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维制备方法。
【背景技术】
[0002]聚乳酸(PLA)是一种无毒、可完全生物降解的聚合物，具有较好的化学惰性、易加工性和良好的生物相容性，不污染环境，被认为是最有发展前途的高分子材料，备受国内外关注。聚乳酸纤维可由传统的纺丝工艺(如溶纺、熔纺等)制备，性能与传统的合成纤维相比不相上下，甚至在某些情况下更为优异。目前，国外熔融纺丝法制备聚乳酸纤维的工艺比较成熟，已有不少聚乳酸纤维类商品面世，如美国CargillDow的Ingeo纤维、日本钟纺公司的Lactron纤维、尤尼吉卡公司的Terramac纤维等。随着成本的不断降低，聚乳酸及其纤维的生产规模逐年扩大。目前，PLA的熔融纺丝技术已经成熟，PLA可望替代石油基高分子材料成为化学纤维的原料，以解决合成纤维的发展所面临的资源短缺和环境污染问题。而针对PLA纤维的功能化的研究和开发工作却较少，纤维的导电功能化已经成为产业界和学术界的开发和研究的重点，因此实现PLA纤维的导电功能化非常有必要。
[0003]金属硫化物在光学、光电化学、催化、环保等方面都具有特殊的性能。它们具有良好的化学和热稳定性，是一种良好的光电材料。利用金属硫化物的特性来生产导电纤维的方法在目前应用最多是纤维表面化学反应法，这种方法主要通过化学处理，即通过反应液的浸渍，在纤维表面产生吸附，然后通过化学反应使金属硫化物覆盖在纤维表面。此方法优点在于工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、柔软性、滑爽性等损伤较少。在20世纪80年代，日本就研制成这类导电纤维。有人还专门对导电成分及导电机理进行了研究，如日本研制的表面覆盖铜的硫化物的导电腈纶，是先将腈纶在含铜离子溶液中处理，然后在还原剂中处理，纤维上的Cu2+变成Cu+与-CN络合，进一步形成铜的硫化物的导电性物质。由于这些导电物质在纤维结构上形成了网络，故导电性能很好。国内专利87 I 04625.3、201510188325.K200810084225.4等都是采用这种方法生产导电纤维的。
[0004]由于聚丙烯腈纤维上的氰基能与铜离子产生络合，使纤维具有导电性;而对于没有氰基的聚乳酸纤维，导电物质就无法与纤维发生络合，因此影响了聚乳酸纤维对金属硫合物的吸附和吸附牢度，故无法制得导电性能优良的纤维。
【发明内容】
[0005]为解决导电物质无法与纤维发生络合的技术问题，本发明提供一种化学反应法制备聚乳酸复合导电纤维的方法。该方法首先将聚乳酸纤维进行胺解，使纤维表面存在自由的胺基，然后使用五水硫酸铜和硫代硫酸钠为原料，采用化学反应法在聚乳酸纤维的表面生成硫化亚铜。该方法有效提高了金属硫化物在聚乳酸纤维表面的吸附，具有制备工艺条件容易实现、节约成本、纤维导电性能优良等优点。
[0006]本发明采用以下技术方案，一种聚乳酸复合导电纤维的制备方法，制备所述聚乳酸复合导电纤维的具体步骤如下:
(1)将聚乳酸纤维浸入到质量浓度5%?30%的二元胺水溶液中，于10°C?40°C反应10?120分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的二元胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维；
(2)将胺化的聚乳酸纤维浸入质量浓度为5%?20%的五水硫酸铜水溶液中，在200C?60°C浸泡5?30分钟后，加入质量浓度为5%?20%的硫代硫酸钠水溶液，升温至70 °C?85°C应15?50分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得聚乳酸复合纤维。
[0007]所述步骤(I)中的二元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺中的一种，聚乳酸复合纤维与乙二胺水溶液的质量比为I: 10?1:50。
[0008]所述步骤(2)中胺化的聚乳酸纤维与五水硫酸铜水溶液的质量比为1:5?1:20，五水硫酸铜水溶液与硫代硫酸钠水溶液的质量比为1:1?1: 5。
[0009]本发明的有益效果在于:
(I)本发明首先用二元胺将聚乳酸纤维进行胺解，胺解反应不仅使聚乳酸纤维表面产生裂纹和坑洼，而且将纤维表面引入自由的胺基。纤维表面的裂纹和坑洼使硫化亚铜与纤维的机械固着作用增强；同时自由的胺基又可以与铜离子产生化学络合作用，提高铜的硫化物在纤维表面上的吸附。本发明提高了硫化亚铜在纤维中的含量，真正解决了聚乳酸纤维对金属硫化物的有效吸附问题，使纤维具有稳定、持久的导电效果。
[0010](2)本发明反应条件温和，所需设备便宜，生产工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、滑爽性等损伤较少，具有手感柔软、变形性好、重量轻和良好的加工性能，可制成各种复合材料，在服装、装饰、产业等方面有许多新的应用。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
将20克聚乳酸纤维浸入500克质量浓度为5%的乙二胺水溶液中，在40°C反应30分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0012]取10克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入50克质量浓度为5%的五水硫酸铜水溶液中，在50°C浸泡10分钟后，加入50克质量浓度为5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至75°C反应30分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为1.8X10—5S/cm。
[0013]实施例2
将20克聚乳酸纤维浸入1000克质量浓度为30%的乙二胺水溶液中，在30°C反应60分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0014]取10克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入100克质量浓度为10%的五水硫酸铜水溶液中，在40°C浸泡5分钟后，加入100克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至75°C反应I小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为 5.3X10—2S/cm。
[0015]实施例3
将30克聚乳酸纤维浸入600克质量浓度为15%的丙二胺水溶液中，在20°C反应120分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丙二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0016]取20克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入500克质量浓度为8%的五水硫酸铜水溶液中，在20°C浸泡30分钟后，加入2500克质量浓度为5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至85°C反应20小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为9.6X10—3S/cm。
[0017]实施例4
将20克聚乳酸纤维浸入400克质量浓度为25%的丙二胺水溶液中，在20°C反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丙二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0018]取10克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入200克质量浓度为20%的五水硫酸铜水溶液中，在20°C浸泡30分钟后，加入400克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至80°C反应40分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为5.3X10—4S/cm。
[0019]实施例5
将20克聚乳酸纤维浸入500克质量浓度为12%的丁二胺水溶液中，在40°C反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丁二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0020]取10克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入400克质量浓度为15%的五水硫酸铜水溶液中，在20°C浸泡30分钟后，加入500克质量浓度为10%的硫代硫酸钠水溶液，升温至75°C反应20分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为3.8X10—4S/cm。
[0021 ] 实施例6
将20克聚乳酸纤维浸入500克质量浓度为30%的丁二胺水溶液中，在30°C反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的丁二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0022]取10克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入500克质量浓度为5%的五水硫酸铜水溶液中，在20 °C浸泡30分钟后，加入700克质量浓度为6.5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至85°C反应0.5小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为8.2X10—3S/cm。
[0023]实施例7
将40克聚乳酸纤维浸入500克质量浓度为15%的己二胺水溶液中，在25°C反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的己二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0024]取15克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入300克质量浓度为15%的五水硫酸铜水溶液中，在20°C浸泡30分钟后，加入1500克质量浓度为6%的硫代硫酸钠水溶液，升温至80°C反应40分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为5.8X10—3S/cm。
[0025]实施例8
将10克聚乳酸纤维浸入500克质量浓度为30%的己二胺水溶液中，在40°C反应2小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的己二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0026]取15克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入300克质量浓度为20%的五水硫酸铜水溶液中，在60°C浸泡30分钟后，加入1500克质量浓度为20%的硫代硫酸钠水溶液，升温至85°C反应50分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为6.8X10—3S/cm。
[0027]实施例9
将50克聚乳酸纤维浸入500克质量浓度为5%的己二胺水溶液中，在10°C反应10分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的己二胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维。
[0028]取30克上述步骤得到的胺化聚乳酸纤维，浸入150克质量浓度为5%的五水硫酸铜水溶液中，在20°C浸泡5分钟后，加入150克质量浓度为5%的硫代硫酸钠水溶液，升温至70°C反应15分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/聚乳酸复合导电纤维，纤维的电导率为 5.6X10—3S/cm。
【主权项】
1.一种聚乳酸复合导电纤维的制备方法，其特征在于:制备所述聚乳酸复合导电纤维的具体步骤如下: (1)将聚乳酸纤维浸入到质量浓度为5%?30%的二元胺水溶液中，于10°C?40°C反应10?120分钟，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的二元胺，将纤维干燥后得到胺化的聚乳酸纤维； (2)将胺化的聚乳酸纤维浸入质量浓度为5%?20%的五水硫酸铜水溶液中，在20°C?60°C浸泡5?30分钟后，加入质量浓度为5%?20%的硫代硫酸钠水溶液，升温至70 °C?85°C应15?50分钟，取出纤维后用水漂洗、烘干后得聚乳酸复合纤维。2.如权利要求1所述的聚乳酸复合导电纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中的二元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺中的一种，聚乳酸复合纤维与乙二胺水溶液的质量比为1:10?1:50。3.如权利要求1所述的聚乳酸复合导电纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中胺化的聚乳酸纤维与五水硫酸铜水溶液的质量比例为1:5?1:20，五水硫酸铜水溶液与硫代硫酸钠水溶液的质量比为1:1?1:5。
【文档编号】D06M11/53GK105839397SQ201610209922
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】郭正, 张风, 张一风, 潘玮
【申请人】中原工学院