本发明专利技术提供了一种尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置和方法，包括预处理装置、苯胺聚合装置、吡咯聚合装置、后处理装置。苯胺聚合装置的始端设置有苯胺单体输入装置和引发剂装置，吡咯聚合装置的始端设置有吡咯单体输入装置和引发剂装置，尼龙纤维经过牵引装置的作用，分别进行除杂、苯胺表面聚合、吡咯表面聚合、清洗、干燥，经收集装置进行收集得到尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维。反应液借助重力通过导管混合，无需混合装置，尼龙纤维的持续牵引有助于反应液的进一步均匀混合，并能有效诱导聚苯胺、聚吡咯进行表面取向生长。本发明专利技术无需使用模板和有机溶剂，能够有效实现尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的一步法连续化批量生产。胺/聚吡咯复合纤维的一步法连续化批量生产。胺/聚吡咯复合纤维的一步法连续化批量生产。
【技术实现步骤摘要】
一种尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置和方法
[0001]本专利技术属于复合纤维材料的制备领域，特别涉及一种尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备方法。
技术介绍
[0002]尼龙材料作为国民经济生产中的重要材料其功能化具有十分重要的现实意义。将尼龙材料与导电聚合物结合制备功能复合材料，能够在保证尼龙较高力学性能和柔性的条件下，赋予其储能性能，有望能够在超级电容器、导电器件、化学传感器等领域表现出较大的应用潜力。在众多的导电高分子材料中，聚苯胺、聚吡咯具有原材料廉价易得、合成方便、较高的电导率、良好的环境稳定性等优点，而且还具有独特的掺杂机制，将其与尼龙材料复合制备尼龙/聚苯胺/聚吡咯三元复合材料具有较高的应用价值，但目前针对尼龙/聚苯胺/聚吡咯三元复合材料的制备方法尚未见报道。
[0003]针对聚苯胺和聚吡咯常见导电聚合物的制备方法包括静电纺丝[CN101973713A、CN101967279A、CN100360725C]和机械拉伸等物理方法，以及电化学聚合法和化学氧化法。电化学聚合法是将单体溶于电解液中并直接在惰性电极上发生聚合得到导电聚合物，但此过程需要借用昂贵的仪器设备，而且受电极面积的制约，难以大规模生产。化学氧化法由于操作简单，适用于批量生产，被认为是最发展潜力的制备方法，主要包括硬模板法、软模板法和无模板法。硬模板法是在反应体系中加入沸石、多孔膜、多孔氧化铝膜等物质作为模板，使单体在模板孔道内发生聚合，从而实现导电聚合物结构的有序排列；软模板法是以表面活性剂和醇类为模板，对导电聚合物的生长加以限制，两者均是采用模板对导电聚合物的生长加以诱导和限制[CN101284908A、CN100586987C]，但后期需要去除模板，操作繁琐，同时处理过程中有可能破坏导电聚合物的结构。无模板法无需使用模板，主要包括乳液聚合法[CN102060993A、CN102050947A]、界面聚合法[CN101016660A、CN100497440C、CN101710541A、CN100480443C、CN101037504A]和超声聚合法[CN1323199C]等。无模板法虽然不需要去除模板，但也存在着一些问题，如乳液聚合反应过程中常采用大量的乳化剂，后处理过程较繁琐；界面聚合法需要使用大量有机溶剂，合成产量较低，批量生产受限；超声聚合法得到产物结构不够规整，并且需要借助超声设备，且难以连续制备。本专利技术提出一种新颖的尼龙/聚苯胺/聚吡咯三元复合纤维制备装置和方法，通过尼龙纤维的持续牵引，依次进行除杂、苯胺表面聚合、吡咯表面聚合、清洗、干燥和收集，最终实现尼龙/聚苯胺/聚吡咯三元复合纤维的连续化制备。
[0004]本专利技术成本低廉、操作简单，反应体系为全水相，无需使用模板和有机溶剂，无需繁琐的后处理过程，且尼龙纤维的持续移动能够有效诱导聚苯胺、聚吡咯进行表面取向生长，能够有效提高结构规整度，能够实现尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的一步法连续化批量生产，极大地提高生产效率，是一种实现尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维工业化生产的有效途径。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置和方法，尼龙纤维经过牵引装置的作用，依次经过四个U型装置，分别进行除杂、苯胺表面聚合、吡咯表面聚合、清洗，后经烘干器进行干燥，最终产物经收集装置进行收集，连续化得到尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维。本专利技术将反应液借助重力通过导管混合，无需混合装置，并且尼龙纤维的持续牵引有助于反应液的进一步均匀混合，同时能够有效诱导聚苯胺、聚吡咯进行表面取向生长；本方法成本低廉、操作简单，反应体系为全水相，无需使用模板和有机溶剂，无需繁琐的后处理过程，能够有效实现尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的一步法连续化批量生产，极大地提高生产效率，是一种实现尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维工业化生产的有效途径。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置，包括四个U型装置，分别为预处理装置、苯胺聚合装置、吡咯聚合装置、后处理装置，所述苯胺聚合装置的上方设置有苯胺单体输入装置及苯胺单体引发剂装置，所述吡咯聚合装置的上方设置有吡咯单体输入装置及吡咯单体引发剂装置，所述苯胺单体输入装置及苯胺单体引发剂装置分别通过连接支管与连接导管Ⅰ连通，连接导管Ⅰ与苯胺聚合装置连通，所述吡咯单体输入装置及吡咯单体引发剂装置分别通过连接支管与连接导管Ⅱ连通，连接导管Ⅱ与吡咯聚合装置连通，还包括牵引装置和收集装置，在所述后处理装置和牵引装置之间设有烘干器。
[0007]优选地，所述的U型装置的内径为10~100 mm，连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ的内径为1
‑
30mm，所述牵引装置的转速为0.01~1 r/s，所述连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ上均设有阀门。
[0008]优选地，所述的苯胺单体输入装置、苯胺单体引发剂装置、吡咯单体输入装置和吡咯单体引发剂装置的高度始终保持相同，且均可调节，相对于U型装置上沿的高度为0.1~2 m，连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ的直径为1~30 mm。
[0009]优选地，所述的苯胺聚合装置及其通过连接导管Ⅰ连接的苯胺单体输入装置和苯胺单体引发剂装置可以作为一个整体，与吡咯聚合装置及其通过连接导管Ⅱ连接的吡咯单体输入装置和吡咯单体引发剂装置调换位置，用于制备尼龙/聚吡咯/聚苯胺复合纤维。
[0010]本专利技术还提供了利用所述的装置制备尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的方法，包括以下步骤：（1）将苯胺单体和苯胺单体引发剂分别溶于掺杂酸溶液中得到苯胺单体溶液和苯胺单体引发剂溶液，分别注入苯胺单体输入装置和苯胺单体引发剂装置中；将吡咯单体和吡咯单体引发剂分别溶于掺杂酸溶液中得到吡咯单体和吡咯单体引发剂溶液，分别注入吡咯单体输入装置和吡咯单体引发剂装置中；（2）将一定量的预处理溶液和后处理溶液分别注入预处理装置和后处理装置中，将尼龙纤维分别通入预处理装置、苯胺聚合装置、吡咯聚合装置和后处理装置，并经过烘干器后连接牵引装置上；所述的牵引装置既可以作为尼龙的推动力，又可以使尼龙依次与苯胺单体溶液和吡咯单体溶液充分混合和反应，得到具有层状结构的尼龙/聚苯胺/聚吡咯三元复合纤维；（3）打开连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ上的阀门，使苯胺单体溶液及苯胺单体引发剂溶液、吡咯单体溶液及吡咯单体引发剂溶液通过重力的作用向下流入苯胺聚合装置和吡咯聚
合装置中，在苯胺聚合装置和吡咯聚合装置内达到一定体积后，开通牵引装置的电源，使尼龙纤维以一定速度移动；（4）尼龙纤维经预处理装置除去表面杂质，在苯胺聚合装置中苯胺单体在其表面聚合，生成尼龙/聚苯胺；在吡咯聚合装置中经聚吡咯表面包覆，生成尼龙/聚苯胺/聚吡咯，随后在后处理装置中对产物进行清洗，最后经烘干和收集得到尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维。
[0011]优选地，所述的预处理溶液包括水、乙醇、丙酮、氯仿、甲醇、稀氨水、稀甲酰胺中的单一或混合溶液；所述的后处理溶液为水、乙醇中的单一或混合溶液。
[0012]优选地，所述的掺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置，其特征在于：包括四个U型装置，分别为预处理装置（1）、苯胺聚合装置（2）、吡咯聚合装置（3）、后处理装置（4），所述苯胺聚合装置（2）的上方设置有苯胺单体输入装置（5）及苯胺单体引发剂装置（6），所述吡咯聚合装置（3）的上方设置有吡咯单体输入装置（7）及吡咯单体引发剂装置（8），所述苯胺单体输入装置（5）及苯胺单体引发剂装置（6）分别通过连接支管与连接导管Ⅰ（11）连通，连接导管Ⅰ（11）与苯胺聚合装置（2）连通，所述吡咯单体输入装置（7）及吡咯单体引发剂装置（8）分别通过连接支管与连接导管Ⅱ（12）连通，连接导管Ⅱ（12）与吡咯聚合装置（3）连通，还包括牵引装置（9）和收集装置（10），在所述后处理装置（4）和牵引装置（9）之间设有烘干器（13）。2.根据权利要求1所述的尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述的U型装置的内径为10~100 mm，连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ的内径为1
‑
30mm，所述牵引装置（9）的转速为0.01~1 r/s，所述连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ上均设有阀门。3.根据权利要求1所述的尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述的苯胺单体输入装置（5）、苯胺单体引发剂装置（6）、吡咯单体输入装置（7）和吡咯单体引发剂装置（8）的高度始终保持相同，且均可调节，相对于U型装置上沿的高度为0.1~2 m，连接导管Ⅰ和连接导管Ⅱ的直径为1~30 mm。4.根据权利要求1所述的尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述的苯胺聚合装置（2）及其通过连接导管Ⅰ连接的苯胺单体输入装置（5）和苯胺单体引发剂装置（6）可以作为一个整体，与吡咯聚合装置（3）及其通过连接导管Ⅱ连接的吡咯单体输入装置（7）和吡咯单体引发剂装置（8）调换位置，用于制备尼龙/聚吡咯/聚苯胺复合纤维。5.利用权利要求1
‑
4任一所述的装置制备尼龙/聚苯胺/聚吡咯复合纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将苯胺单体和苯胺单体引发剂分别溶于掺杂酸溶液中得到苯胺单体溶液和苯胺单体引发剂溶液，分别注入苯胺单体输入装置（5）和苯胺单体引发剂装置（6）中；将吡咯单体和吡咯单体引发剂分别溶于掺杂酸溶液中得到吡咯单体和吡咯单体引发剂溶液，分别注入吡咯单体输入装置（7）和吡咯单体引发剂装置（8）中；（2）将一定量的预处理溶液和后处理溶液分别注入预处理装置（1）和...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁浜雷，赵亚奇，赵振新，冯巧，杜玲枝，梁尧琨，刘尧，张矿宾，马树财，樊嘉孟，李旭，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。