[发明专利]一种具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维的纺丝方法及其导电纤维

说明书

本发明涉及导电纤维制备技术领域内一种具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维的纺丝方法及其导电纤维，具体将配制好的PEDOT:PSS纺丝液通过湿法纺丝喷丝板进入乙醇和水的混合凝固浴中凝固成型，所述乙醇和水的混合凝固浴中添加有0.1‑0.5 mol/L的可溶性Cu²⁺，凝固成形后的纤维经牵伸后烘干冷却，在室温空气中静置至纤维表面阵列结构自组装完，制得具有表面阵列结构的高电导率PEDOT:PSS导电纤维。本发明涉及的纺丝方法中，通过向凝固浴中添加Cu²⁺可以简单高效地制备出连续的具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维。该阵列结构可以显著增大纤维的比表面积，为纤维表面接枝等后处理提供了更多的活性位点，且阵列结构对气流，触压等具有较好的传感性能，更有利于应用在柔性传感器等方面。

技术领域

本发明涉及有机高分子导电纤维制备技术领域，特别涉及一种具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维的纺丝方法及其导电纤维。

背景技术

聚3,4 -乙撑二氧噻吩（PEDOT）是EDOT单体的聚合物，主链上的噻吩环使PEDOT分子链显示出较强的刚性，不溶于一般的有机溶剂，其经聚对苯乙烯磺酸根阴离子（PSS）掺杂后，可得到分散均匀且稳定的PEDOT:PSS水分散液。PEDOT:PSS材料具有高电导率和良好的光学透明性。在适当条件下，它可以通过相对简单的湿纺技术制备出连续的纤维，在电子纺织制品方面有广泛的应用前景。然而通常制备的PEDOT:PSS纤维表面光滑，比表面积小，在经过二甲基亚砜、乙二醇、山梨醇等清洗去除PSS组分后，虽然电导率能有较大的提高，但纤维表面的活性位点数量也急剧减少，这就限制了PEDOT:PSS纤维的应用。因此如何实现简单高效的制备出比表面积大、活性位点多、连续性强、电导率高的PEDOT:PSS导电纤维成为国内外的热门研究课题。

目前提高PEDOT:PSS导电纤维比表面积的研究主要是将PEDOT:PSS分散液与小分子复合纺丝，再经脱除小分子的方法使纤维表面高起皱，或是在纤维表面沉积纳米颗粒以获得高比表面积的纤维。提高纤维表面活性位点的研究大部分是通过将PEDOT:PSS分散液与高活性物质复合纺丝以获得具有较多活性位点的PEDOT:PSS纤维。而这些方法通常操作繁琐，增加了工艺成本。

通过向乙醇和水组成的凝固浴中添加Cu²⁺来一步法制备出具有表面规则阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维的相关研究目前未有报道。

发明内容

本发明针对现有技术中提高PEDOT:PSS导电纤维比表面积工艺方法操作繁琐，成本高的问题，提供一种具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维的纺丝方法，通过在湿法纺丝工艺中向乙醇和水组成的混合凝固浴中添加可溶性Cu²⁺，以辅助纤维表面形成规整排列的阵列结构，以提高纤维的比表面积，提高纤维的电导率和综合性能。

本发明的目的是这样实现的，一种具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维的纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：配制PEDOT:PSS纺丝液；

第二步：将纺丝液通过湿法纺丝喷丝板进入乙醇和水的混合凝固浴中进行凝固成型，所述乙醇和水的混合凝固浴中添加有0.1 - 0.5 mol/L的可溶性Cu²⁺，凝固成形后的纤维经牵伸后烘干冷却，在室温空气中静置12 - 60 h，制得具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维。

本发明的纺丝方法中，在乙醇/水凝固浴中添加Cu²⁺，通过一步湿法纺丝过程中PSS-Cu配合物在PEDOT纤维表面的限域自组装，简单高效的得到具有表面阵列结构的PEDOT:PSS导电纤维，使导电纤维更有利于应用在柔性传感器方面，同时铜离子的掺杂使纤维的电导率明显提高，取得了意想不到的技术效果。另外，本发明的纺丝方法中，使用的凝固浴为乙醇和水，绿色环保，无毒无害；添加的可溶性铜离子浓度低，用量少，适用于大规模工业化生产。