聚吡咯在纸浆纤维上化学沉积制备导电纸的研究

论文摘要

采用本征型导电聚合物与纸浆纤维复合制备导电纸的研究在国内刚刚起步,目前由本征型导电聚合物制备的导电纸,其成本较高,导电性能仅能达到防静电包装材料的要求,还不能用作电磁屏蔽材料。为了解决这些问题,本研究采用化学沉积法制备了聚吡咯涂覆的导电纸,优化了制备条件,并探讨了导电纸的导电稳定性和逾渗行为。采用液相化学沉积法制备聚吡咯/纸浆纤维导电纸,探讨了制备过程中各个因素对导电纸导电性能的影响,结合红外光谱分析、经X-射线衍射分析等手段,详细分析了主要因素的影响机理,优化了低表面电阻率、高导电稳定性的导电纸的制备条件和工艺过程。研究发现,吡咯用量、聚合反应时间、纸浆种类等是影响导电纸导电性能的主要因素,在制备过程中需适当选择和调整。另外,聚吡咯的脱掺杂和氧化是导电纸导电性能衰减的主要原因,处理条件和放置环境对导电纸的导电稳定性影响较大,应尽量避免碱性环境和高温环境等因素导致导电纸导电性能的降低。但同时可利用导电纸的这种对温度和pH环境的线性响应特性,将其用于制作温度、pH或气体传感器等。为了防止热分解,导电纸的使用温度应在250℃以下。采用气相化学沉积法对基纸进行功能化制备导电纸,对制备条件进行了优化。并分别研究了液相化学沉积法和气相化学沉积法制备的导电纸的逾渗行为。通过建立逾渗模型,求取了逾渗阈值。利用扫描电子显微镜和能谱分析对逾渗过程进行了解析。研究发现,导电纸的表而电阻率并不随着吡咯用量的增加而呈线性降低,采用气相化学沉积法能够在保持良好导电性能的基础上,减少导电纸中吡咯的使用量。本研究制备的聚吡咯/纸浆纤维导电纸,成本节约、表面电阻率低,具有较好的导电稳定性。单层导电纸的电磁屏蔽效能可达到23dB,多层导电纸进行叠加时,电磁屏蔽性能增强,一般叠加至三层时其屏蔽效能超过30dB,即可满足电磁屏蔽材料的要求,因此拓宽了导电纸的应用领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 功能纸的发展概况
• 1.2 导电纸的研究进展
• 1.2.1 各种导电纤维制备导电纸
• 1.2.2 纸基功能化制备导电纸
• 1.2.3 改性纸浆纤维制备导电纸
• 1.3 导电聚合物——聚吡咯
• 1.3.1 导电聚合物的发展
• 1.3.2 聚吡咯的结构和导电机理
• 1.3.3 聚吡咯的合成方法
• 1.3.4 聚吡咯的掺杂机制
• 1.3.5 聚吡咯导电复合材料
• 1.4 导电材料稳定性的研究现状
• 1.4.1 聚吡咯的稳定性研究
• 1.4.2 聚吡咯导电复合材料的稳定性研究
• 1.5 导电材料的逾渗行为
• 1.5.1 逾渗理论
• 1.5.2 逾渗理论的应用
• 1.6 本课题的研究目的、内容及意义
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 研究意义
• 2 制备条件对导电纸导电性的影响
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 吡咯单体的处理
• 2.2.2 导电纸的制备
• s的测定'>2.2.3 表面电阻率R_s的测定
• 2.2.4 导电稳定性评价
• 2.2.5 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.3 投料比和投料顺序的影响
• 2.3.1 吡咯单体用量的影响
• 2.3.2 氧化剂/单体比率的影响
• 2.3.3 掺杂剂/单体比率的影响
• 2.3.4 投料顺序的影响
• 2.4 反应条件的影响
• 2.4.1 反应温度的影响
• 2.4.2 反应时间的影响
• 2.4.3 反应浆浓的影响
• 2.4.4 搅拌速度的影响
• 2.4.5 氮气的影响
• 2.5 干燥方式的影响
• 2.6 红外光谱分析结果
• 2.7 本章小结
• 3 纸浆纤维对导电纸导电性的影响
• 3.1 实验原料及仪器
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• s的测定'>3.2.1 表面电阻率R_s的测定
• 3.2.2 纸浆磺酸基含量的测定
• 3.2.3 纸浆脱木素程度的测定
• 3.2.4 不同打浆度纸浆的制备
• 3.2.5 吡咯吸聚率的测定
• 3.2.6 X-射线衍射分析（XRD）
• 3.3 纸浆纤维的种类对导电纸性能的影响
• 3.4 高得率浆的磺化程度对导电纸性能的影响
• 3.5 化学浆的脱木素程度对导电纸性能的影响
• 3.6 化学浆的打浆程度对导电纸性能的影响
• 3.7 X-射线衍射分析结果
• 3.8 本章小结
• 4 处理条件及放置环境对导电纸稳定性的影响
• 4.1 实验原料及仪器
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验方法
• s的测定'>4.2.1 表面电阴率R_s的测定
• 4.2.2 导电纤维的处理
• 4.2.3 导电纸的放置环境
• 4.2.4 热失重分析（TGA）
• 4.2.5 X-射线光电子能谱分析（XPS）
• 4.3 处理条件对导电纸稳定性的影响
• 4.3.1 反应溶液pH值的影响
• 4.3.2 不同溶液处理的影响
• 4.4 放置环境对导电纸稳定性的影响
• 4.4.1 环境pH值的影响
• 4.4.2 紫外光及环境湿度的影响
• 4.4.3 环境温度的影响
• 4.5 热失重分析结果
• 4.6 X-射线光电子能潜分析结果
• 4.7 本章小结
• 5 气相化学沉积法制备导电纸
• 5.1 实验原料及仪器
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验仪器
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 导电纸的制备
• 5.2.2 导电纸抗张强度的测定
• 5.2.3 纤维零短距抗张强度的测定
• 5.2.4 电磁屏蔽性能的测定
• 5.3 聚合条件对导电纸导电性的影响
• 5.3.1 氧化剂浓度的影响
• 5.3.2 氧化剂处理时间的影响
• 5.3.3 原纸含水率的影响
• 5.3.4 聚合时间的影响
• 5.3.5 反应环境真空度的影响
• 5.3.6 对甲苯磺酸掺杂的影响
• 5.4 导电纸的性能
• 5.4.1 导电纸的物理性能
• 5.4.2 导电纸的导电稳定性
• 5.4.3 导电纸的电磁屏蔽性能
• 5.5 本章小结
• 6 导电纸的逾渗行为
• 6.1 实验原料及仪器
• 6.1.1 实验原料
• 6.1.2 实验仪器
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 吡咯吸聚率的测定
• 6.2.2 扫描电子显微镜观察（SEM）
• 6.2.3 SEM-EDXA分析
• 6.3 液相法导电纸的逾渗行为
• 6.3.1 导电纸的逾渗阈值
• 6.3.2 导电纸的微观形貌
• 6.3.3 导电纸的EDXA分析
• 6.4 气相法导电纸的逾渗行为
• 6.4.1 导电纸的逾渗阈值
• 6.4.2 导电纸的微观形貌
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢