聚吡咯用于智能纺织品的研究进展

2013-04-13武志云张红艳马彩霞

山东纺织科技 2013年5期

武志云，张红艳，刘　炯，马彩霞

(1内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010080；2内蒙古出入境检验检疫局，内蒙古呼和浩特 010020)

随着社会科技的进步，智能纺织品已经逐渐成为大家熟悉的名词。由于其能够给人类生活提供舒适、安全和情趣，为劳动者提供更好的防护并提升工作效率，因此智能化将是未来纺织品的发展方向之一。聚吡咯作为一种性能良好的导电聚合物，成为电子智能纺织品中最有工业化应用前景的导电高分子材料之一，目前不少国内外专家及团队的研究专注于此。欧美等一些发达国家在智能纺织品的研究方面已经处于领先地位，而我国起步较晚，但近些年来许多纺织科研工作者也付出了许多努力，相信这些都将进一步推进我国纺织行业的长足发展。

1　智能纺织品

1.1智能纺织品

所谓智能纺织品是基于仿生学概念，能够模拟生命系统，并且具有对外界刺激感知和反应的能力，能够实现自检测、自诊断、自调节和自修复等多种特殊功能的一种高科技纺织产品。根据目前已有的研究成果，智能纺织品大致可以分为以下几大类：电子信息智能纺织品、相变材料和智能调温纺织品、变色纺织品、抗菌纺织品、形状记忆纺织品等。电子智能纺织品是基于电子技术，将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用于纺织技术上而开发出的新型纺织品，它把电子组件及电子电路以纺织品的形态呈现，为人与纺织产品信息交互提供可能性，成为智能纺织品研究的一大热点。

智能纺织品可以采用在不影响穿着舒适性和洗涤的情况下，将微型芯片与织物紧密结合，使穿戴式的电子智能服装成为现实。并且随着芯片的集成度越来越高，生物电子芯片的应用也会越来越受到关注。高聚物材料应用于纺织材料，可以使电子元器件更加柔韧、微型，从而使智能服装更加柔软、富有弹性且保持功能稳定性。

1.2智能纺织品的作用原理

智能纺织品的作用原理如图1所示，当外界环境发生变化时，传感器感知其变化，并将其信息进行处理，再将处理好的信息输入驱动部分，最后对智能纺织品材料做及时的调整，以适应外界环境的变化，从而实现自检测、自诊断、自调节和自修复等多种特殊功能。

图1　智能纺织品的作用原理

1.3智能纺织品的研究进展

到目前为止智能纺织品的研发仍然处于探索阶段，智能纺织品的实现一般有以下途径：一是由经加工、后整理的普通纺织品，获得智能性能；二是将特种纤维与普通纤维混纺，或将智能型材料植入织物中，赋予其智能特性；三是对原有的高聚物或者天然高分子进行改性处理，使纺织的纤维具有智能性能；四是织物或服装嵌入相应的外加电子元件，制成智能型纺织品或智能服装。

目前，通过加工、后整理普通纺织品，获得智能性能的智能纺织品较为成熟的有抗紫外服装，陶瓷涂层纺织品等。而将特种纤维或智能型材料植入到织物中比较成熟的技术主要有形状记忆纺织品、防水透湿、蓄热控温纺织品以及电热服等智能纺织品。对原有的高聚物或者高分子进行改性，制得的智能纺织品主要有蜘蛛衣，微胶囊相变材料等。电子元器件与纺织品的结合制得智能纺织品，目前成熟的多是利用微小的电脑芯片嵌入到纺织品中，实现智能化，而将电子元器件纺织化，则成为目前研究的热点。

2　聚吡咯

聚吡咯导电性能良好，拥有良好的可加工性和柔韧性，成为应用于开发智能纺织材料电子元器件的最有潜力材料之一，目前其在电子智能纺织品开发领域的研究正逐步深入，国内外大量专家学者致力于此。

2.1聚吡咯的导电机理

高聚物能够导电需要两个必要条件：(1)分子链具有大共轭π键结构；(2)每个链的重复单元与加入材料中的对离子之间有一定程度的电荷转移。聚吡咯是导电聚合物，其化学结构是吡咯环的2,5偶联，它是一种半结晶的高分子，figure_title，因而两个吡咯环构成一个重复单元，如图2所示：

图2聚吡咯的化学结构

聚吡咯中具有碳碳单键和碳碳双键交替排列成的共轭结构，双键是由σ电子和π电子构成(如图3所示)，σ电子被固定住无法移动，在碳原子之间形成共价键，共轭双键中的两个π电子并没有定域在某个碳原子上，它们可以从一个碳碳键转位到另一个碳碳键上，即具有在整个分子链上延伸的倾向，也就是说分子内的π电子云的重叠产生了为整个分子共有的能带，从这个意义上讲，π电子类似于金属导体中的自由电子。当加上电场时，组成π键的电子可以快速地沿着分子链移动而表现出良好的导电性。

图3　聚吡咯的共轭大π键和σ结构

2.2聚吡咯应用于智能纺织品研究现状

聚吡咯优良的导电性，以及其作为高聚物的良好的可加工性和柔韧性，使其具有巨大的商业应用价值潜力，尤其成为开发电子智能纺织品的较好选择。目前我国有很多专家都致力于将聚吡咯应用于智能纺织品的电子元器件，以钱人元教授为首的研究集团，在聚吡咯的合成和性能方面已经取得了国内外很有影响的成果。上海东华大学的庄勤亮教授也带领研究团队致力于聚吡咯导电织物的制备及性能研究。

聚吡咯应用于智能纺织品，多用于制备织物传感器等电子元器件，其制备条件的易实现化，制得产品的柔韧性、耐久性、电学性能保持性以及保持条件的常规化都成为制约聚吡咯材料应用于智能纺织品的因素。目前研究的重点多在聚吡咯导电材料与纺织材料的结合，制备出具有导电性能的导电织物，其基布的选择以及制备条件的常温化、真空程度的控制、时间控制等成为实验的重点，并且在制得的导电织物的电学性能的保持时间方面也成为大家研究的难点。上海东华大学的庄勤亮教授带领的团队在对不同纺织基布的聚吡咯导电织物制备方面取得了一系列有效的探索，利用低温气相沉积法制备聚吡咯导电织物的实验室条件，为进一步研究聚吡咯导电织物制备积累了实验数据。

3　聚吡咯应用于智能纺织品发展前景

纺织材料的研究正向着高性能、高技术含量、高附加值的方形发展。不仅要追究服装服饰的舒适性、改善人们生活质量和劳动条件，还延伸到医疗、建筑、消防和军事等特种行业和特种场合的需要。聚吡咯应用于电子智能纺织品，其可行性已经得到国内外很多专家学者的认同，但是智能纺织品的开发不但需要从最初的纤维原料到最终的产品紧密配合，还需要更多学科领域的相互渗透、相互交叉、相互融合才能更有发展前途。纺织材料的研究开发已经进入一个新的时代，聚吡咯作为应用开发智能纺织材料电子元器件最有潜力材料之一，其用于智能纺织品的研究在未来发展中会占据越来越重要的地位。

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