CN103496233B - 一种电致变色双层织物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电致变色材料领域，具体涉及一种新型电致变色双层织物的制备方法，首先是将聚苯胺/聚乙烯醇乳液与聚对苯二甲酸乙二酯纺丝液混合，采用湿法纺丝法，制成聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维；再将聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维与导电纤维织造成电致变色双层织物，其中表层为聚苯胺/聚乙烯醇电致变色层，里层为导电基布；最后将电致变色双层织物进行预处理，然后把聚苯胺/聚乙烯醇乳液均匀涂抹在该双层织物的导电基布层的表面，干燥；在导电基布层的表面继续涂抹聚苯胺/聚乙烯醇乳液，密封并烘干。本发明提供的制备方法的可操作性强，工艺简单，而且该双层织物的颜色的可逆变化及色变灵敏度高、化学稳定性好、柔软性好、导电率高。

Description

一种电致变色双层织物的制备方法

技术领域

本发明涉及电致变色材料领域，具体涉及一种新型电致变色双层织物的制备方法。

背景技术

聚苯胺(PANI)是合成大分子化合物，因其主链上含有交替的苯环和氮原子，从而构成一种特殊的导电高分子材料。聚苯胺因其光学质量好、颜色转换快、循环可逆性好、热稳定性、苯胺单体价格较低且原料易得，合成方法简便，及其独特的掺杂现象等特性,被应用于金属防腐技术、电磁屏蔽技术、抗静电技术、电致变色、传感器元件、催化材料和隐身技术等领域。与其他电致变色材料相比，聚苯胺电致变色材料颜色转换速度快、断电情况下具有长时间“记忆”功能、循环周期长等优点，在电敏元件、汽车挡风玻璃、建筑玻璃、智能窗及纺织等诸多领域。但是由于苯环的存在以及相邻分子链间较强的氢键作用,使其分子链的刚性增加，在大多数有机溶剂中的溶解性较差，以至于无法将聚苯胺直接溶进纺丝液中，制成纤维。

聚乙烯醇(PVA)外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间，它的用途可分为纤维和非纤维两大用途。由于PVA具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性，因此除了作纤维原料外，还被大量用于生产涂料、粘合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品，应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。

专利名称为：一种聚苯胺复合电致变色膜器件的制备方法，专利申请号：201210087341.8，该专利申请中采用乳液法制备聚合聚苯胺时，在反应器中加入十二烷基苯磺酸和蒸馏水乳化，再加入聚乙烯醇水溶胶搅拌后加入苯胺单体，因为聚乙烯醇比较粘稠，不容易搅拌均匀，这样造成聚乙烯醇在溶液中分布不均匀，影响聚苯胺的质量。

本发明将聚苯胺、聚乙烯醇通过湿法纺丝制出纤维，进而织成电致变色织物，该方法尚未见报道，而且合成过程不造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种方便、简单的新型电致变色双层织物的制备方法，通过该方法得到的双层织物的表组织纤维为聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维，里组织纤维为导电纤维，设计的电致变色织物的颜色的可逆变化及色变灵敏度高、化学稳定性好、柔软性好、导电率高、应用范围广。

本发明的目的通过一下技术方案来实现：

一种新型电致变色双层织物的制备方法，其步骤包括：

(1)将聚苯胺/聚乙烯醇乳液与聚对苯二甲酸乙二酯纺丝液混合，采用湿法纺丝法，制成聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维；

(2)将步骤(1)中的聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维与导电纤维织造成电致变色双层织物，其中表层为聚苯胺/聚乙烯醇电致变色层，里层为导电基布层；优选的，所述导电纤维为镀铜导电纤维。

(3)将步骤(2)中制得的电致变色双层织物进行预处理，然后把剩余的聚苯胺/聚乙烯醇乳液均匀涂抹在该双层织物的导电基布层的表面，干燥；在导电基布层的表面继续涂抹剩余的聚苯胺/聚乙烯醇乳液，密封并烘干。

所述步骤(1)中，湿法纺丝的工艺条件为，氮气的输出压强为0.5-2.0个标准大气压，接受距离为1.2-2m，喷丝速度为60-100m/min；卷绕速度为30-70m/min。

所述步骤(1)中，聚苯胺/聚乙烯醇乳液的制备方法，其步骤包括：

(a)将聚乙烯醇溶于去离子水中，配制成4wt％-6wt％的聚乙烯醇水溶液，加热并缓慢搅拌，充分溶解后冷却；

(b)在冷却的聚乙烯醇水溶液中加入十二烷基苯磺酸和苯胺单体，搅拌至均匀乳白色液体产生为止；

(c)将过硫酸铵水溶液缓慢滴加到该乳白色液体中，搅拌混合液直至聚合反应结束为止。

所述步骤(b)中，聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸和苯胺单体重量比为1:0.4～0.7:0.1～0.3，搅拌速度为1800-2500rpm。

所述步骤(c)中，过硫酸铵与苯胺单体的重量比为2-3；搅拌转速为1800-2500rpm；混合液的搅拌时间为8-12小时。

所述步骤(1)中，聚苯胺/聚乙烯醇乳液与聚对苯二甲酸乙二酯纺丝液按照质量比为0.08-0.16:1的比例混合。

所述步骤(2)中，表层为平纹组织，里层为1/3右斜纹组织；纱线排列比为1:1，纱线密度为30-120根/cm。

所述步骤(3)中，电致变色双层织物进行预处理方法为，将电致变色双层织物先后浸泡于乙醇溶液和去离子水中进行超声波处理120-180分钟，并用氮气吹干。

所述步骤(3)中，烘干温度为50℃-70℃，烘干时间为2-4小时。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的新型电致变色双层织物制备方法的可操作性强，工艺简单，将聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维与导电纤维直接可以织造成柔软性很好的电致变色双层织物，不需要其他加工。

2、所述新型电致变色双层织物的颜色的可逆变化及色变灵敏度高、化学稳定性好、导电率高，应用范围广，可广泛用于工业检测与监控、医疗卫生等，也可制作成防伪性标志或趣味性服饰，如头盔、围巾、T恤衫等。

3、本发明采用乳液法合成聚苯胺/聚乙烯醇乳液，可直接使用且分散性好；本发明所采用的聚苯胺与聚乙烯醇原料的价格低廉。

4、本发明在电致变色双层织物的导电基布的表面两次涂抹聚苯胺/聚乙烯醇乳液，既增加了所制备得到的电致变色双层织物的电致变色性能、导电率，又能将制备剩余的聚苯胺/聚乙烯醇乳液用完，不造成二次浪费，有效降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明聚苯胺导电织物的双层结构的示意图。

图2是循环伏安曲线测试图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

原料准备：聚乙烯醇(生产商：日本合成化学，型号：AH-26)、苯胺单体、十二烷基苯磺酸、过硫酸铵、镀铜导电纤维。

实施例1

1、电致变色纤维的制备

(1)、聚苯胺/聚乙烯醇乳液的制备：

将重量为1.5克的聚乙烯醇溶于30mL温度为60℃的去离子水中，加热并低速搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解成无色透明溶液，并冷却备用；在冷却的聚乙烯醇水溶液中先后加入0.77克十二烷基苯磺酸和0.2克苯胺单体，以2500rpm的转速进行搅拌，直至产生乳白色液体为止；在乳白色液体中缓慢滴定含0.52克过硫酸铵的水溶液10ml，30分钟内滴加完毕，在滴加的同时以2500rpm的转速搅拌乳液，使过硫酸铵水溶液在反应液中分散均匀。乳液继续搅拌10小时，聚合反应结束后将聚苯胺乳液静止12小时备用。过硫酸铵水溶液为氧化剂，因乳液的粘度较大，一次性加入过硫酸铵水溶液会使其分散不均匀，影响反应的进行，因此需缓慢滴定，目的在于使氧化剂充分分散在反应液中，有利于反应的快速进行。

(2)、聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维的制备

将上述合成好的聚苯胺/聚乙烯醇乳液与PET(聚对苯二甲酸乙二酯)纺丝液混合均匀，其中，聚苯胺/聚乙烯醇乳与PET纺丝液的质量比为0.12：1，用于湿法纺丝制成纤维。采用单孔小型湿法纺丝装置进行湿法纺丝，具体步骤如下：

A、调整纺丝条件：控制氮气的输出压强在0.5-2.0个大气压、接收距离为1.2-2m、喷丝速度为60-100m/min、卷绕速度为30-70m/min；

B、在氮气压强下，复合纺丝液细流经喷丝孔中压出并进入以纯净水为凝固浴的水槽中，形成初生纤维并卷绕到纱管上；对卷绕满管后的纤维进行水洗和退绕；

C、将纤维放入电热鼓风烘箱中进行紧张热定型，热定型温度为100℃，时间为120min，得到质量分数为1％-2％的聚苯胺/聚乙烯醇纤维。

2、电致变色双层织物的制备

将聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维与镀铜纤维在小样机上进行织造，具体结构如图1所示，图1中的1为聚苯胺/聚乙烯醇织物层，图1中的2为镀铜纤维导电层织物层。织造时采用双层组织，聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纱线为表层，采用平纹组织；镀铜纱线为里层，采用1/3右斜纹组织。纱线排列比为1:1，纱线密度为30-120根/cm。

3、电致变色双层织物的表面整理

将步骤(2)中的电致变色织物的双层织物先后浸泡于乙醇溶液和去离子水中进行超声波处理120-180分钟，并用氮气吹干、备用。

采用SJT-B型台式数显匀胶台，将步骤(2)中用剩下来的聚苯胺/聚乙烯醇乳液，均匀涂抹到经过预处理过的电致变色织物的镀铜导电基布层的那面上，并常温下干燥；然后在镀铜导电基布层的表面继续涂抹剩下的聚苯胺/聚乙烯醇乳液，将镀铜导电基布和涂有聚苯胺/聚乙烯醇乳液的那面膜粘合，然后用保鲜膜密封包裹后放在60℃烘箱中，烘3小时，取出并静置5小时即可。两次涂抹聚苯胺/聚乙烯醇乳液，既增加了所制备得到的电致变色双层织物的电致变色性能，又能将制备的聚苯胺/聚乙烯醇乳液用完，不造成二次浪费，降低了生产成本。

使用CHI 600D型化学工作站来测试上述制备的新型电致变色双层织物的化学性能，线性扫描电压：-1.5V—1.5V，扫描速率：50mV/s，具体检测结果如图2所示。

上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种电致变色双层织物的制备方法，其步骤包括：

(1)将聚苯胺/聚乙烯醇乳液与聚对苯二甲酸乙二酯纺丝液按照质量比为0.08-0.16:1的比例混合，采用湿法纺丝法，制成聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维；

所述湿法纺丝的工艺条件为，氮气的输出压强为0.5-2.0个标准大气压，接收距离为1.2-2m，喷丝速度为60-100m/min；卷绕速度为30-70m/min；

(2)将步骤(1)中的聚苯胺/聚乙烯醇电致变色纤维与导电纤维织造成电致变色双层织物，其中表层为聚苯胺/聚乙烯醇电致变色层，里层为导电基布层；

(3)将步骤(2)中制得的电致变色双层织物进行预处理，然后把剩余的聚苯胺/聚乙烯醇乳液均匀涂抹在该双层织物的导电基布层的表面，干燥；在导电基布层的表面继续涂抹剩余的聚苯胺/聚乙烯醇乳液，密封，在温度为50℃-70℃条件下，烘2-4小时。

2.根据权利要求1所述的一种电致变色双层织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，聚苯胺/聚乙烯醇乳液的制备方法，其步骤包括：

(a)将聚乙烯醇溶于去离子水中，配制成4wt％-6wt％的聚乙烯醇水溶液，加热并缓慢搅拌，充分溶解后冷却；

(b)在冷却的聚乙烯醇水溶液中加入十二烷基苯磺酸和苯胺单体，搅拌至均匀乳白色液体产生为止；

(c)将过硫酸铵水溶液缓慢滴加到该乳白色液体中，搅拌混合液直至聚合反应结束为止。

3.根据权利要求2所述的一种电致变色双层织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中，聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸和苯胺单体重量比为1:0.4～0.7:0.1～0.3，搅拌速度为1800-2500rpm。

4.根据权利要求2所述的一种电致变色双层织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)中，过硫酸铵与苯胺单体的重量比为2-3；搅拌转速为1800-2500rpm；混合液的搅拌时间为8-12小时。

5.根据权利要求1所述的一种电致变色双层织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，表层为平纹组织，里层为1/3右斜纹组织；纱线排列比为1:1，纱线密度为30-120根/cm。

6.根据权利要求1所述的一种电致变色双层织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，导电纤维为镀铜导电纤维。

7.根据权利要求1所述的一种电致变色双层织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，电致变色双层织物进行预处理方法为，将电致变色双层织物先后浸泡于乙醇溶液和去离子水中进行超声波处理120-180分钟，并用氮气吹干。