Electrically Conductive Fibre Composites Prepared from Polypyrrole-Engineered Pulp Fibres

Authors

  • Bin Huang,

    1. Limerick Pulp and Paper Research Centre, Department of Chemical Engineering, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada E3B 6C2
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  • Guojun Kang,

    1. Limerick Pulp and Paper Research Centre, Department of Chemical Engineering, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada E3B 6C2
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  • Yonghao Ni

    Corresponding author
    1. Limerick Pulp and Paper Research Centre, Department of Chemical Engineering, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada E3B 6C2
    • Limerick Pulp and Paper Research Centre, Department of Chemical Engineering, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada E3B 6C2
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Abstract

In this research work, electrically conductive paper composites were prepared from polypyrrole-engineered pulp fibres by two methods: (a) exclusively from such engineered fibres; and (b) from a mixture of the modified fibres and unmodified ones. Both composites were investigated for their conductivity and strength properties as a function of monomer dosage or percentage of treated fibres in the mixture. It was found that, for the “mixture” method (i.e., by adding treated fibres as conductive fillers), less monomer (i.e., conductive polymer) was needed to achieve the same conductivity while a higher tensile strength in the paper was attained when comparing with paper obtained exclusively from treated fibres. The percolation model was adopted to describe such paper—conducting polymer composites, and the much lower percolation threshold achieved through the “mixture” method can be explained by a multiple-percolation theory. The long-term environmental aging stability of these composites was also monitored, and attempts were made to interpret the observed conductivity decay through existing kinetic models.

Abstract

Dans ce travail de recherche, des composites de papier électriquement conductifs ont été préparés à partir de fibres de pâte traitées au polypyrrole par deux méthodes : (a) exclusivement à partir de fibres traitées par cette méthode et (b) à partir d'un mélange de fibres modifiées et non modifiées. Les deux composites ont été étudiés quant à leurs propriétés de conductivité et de résistance mécanique en fonction du dosage de monomères ou du pourcentage de fibres traitées dans le mélange. On a trouvé que pour la méthode du « mélange » (en ajoutant des fibres traitées comme agents de remplissage conductifs), on a besoin de moins de monomères (polymère conductif) pour atteindre la même conductivité, alors qu'une force de traction plus grande est atteinte dans cet article, contrairement à d'autres résultats obtenus exclusivement à partir de fibres traitées. On a adopté le modèle de percolation pour décrire de tels composites de polymères conductifs, et le seuil de percolation nettement plus bas atteint par la méthode du « mélange » peut s'expliquer par une théorie à percolation multiple. La stabilité de vieillissement environnementale à long terme de ces composites a également été observée et des tentatives sont faites pour interpréter l'affaiblissement de la conductivité à l'aide des modèles de cinétique existants.

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