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1、文献综述通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维的研究进展应用化学摘要静电纺丝技术是一种新的技术，它可制备出育径为纳米级的纤维。由于木征态导电 聚合物的难以加工性，静电纺丝制备导电聚合物的过程与普通聚合物的制备过稈有显著的不 同。木文综合介绍了静电纺丝制备纳米纤维的研究历史、基木原理及其影响因索。同时，重 点介绍了静电纺丝制备导电聚合物纳米纤维的加工过程，并且对相应导电聚合物纤维的应用 述行了介绍。关键词 静电纺丝，纳米纤维，基木原理，影响因素随着纳米纤维技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点。近年 来发展了许多制备纳米纤维的方法，如拉伸，模板聚合、相分离、白组织和静电纺丝等
2、，而 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基木方法。由于能一育接、连续制备聚合物纳米纤 维，因而成为国内外的研究热点。1静电纺丝研究历史静电纺丝可以认为是带电射流电雾化的一种变形1，当溶液的黏度较小时，射流在受 到电场力的作用后破裂为许多细小的液滴，液滴的肓径介于微米和纳米Z间，目前电雾化技 术主要应用于喷墨打印、喷漆、纳米离了的制备等领域；当液滴的黏度较大时，就会形成纤 维。静电纺丝的研究历史最早要追溯到19世纪末。1882年，Rayleigh认为带电液滴能够稳 定的条件是其带电量不能超过某一定值，这一数值称为Rayleigh极限。1915年，Zeleny 介绍了调整液体的电荷与表面张力的
3、比例关系，可以使喷嘴尖端的小液柱失稳，进而分 裂为离了或雾滴。1964年Taylor以完全导电的液体为例，做出了开拓性的研究工作羽，他 认为液体静电雾化时，喷嘴尖端会形成一锥形液柱，称为泰勒锥(Tayler cone)。此外，静电 纺丝技术在1930年就有了专利，是人们早已知晓的一项技术。20世纪90年代以来以美国 为中心盛行关于纳米纤维形成机理和应用方血的研究,近年来LI本也对其予以极大的关注。 近年来人们Z所以对静电纺丝感兴趣，主要是因为与传统纺丝方法相比，该方法可以很容易的得到连续的纳米级或微米级纤维，而该纤维在很多领域有着巨大的应用前景672静电纺丝基本原理静电纺丝的基木装置由高压电源
4、、微量泵、注射器、针头、收集装置五部分纟R成。其原 理是对聚合物溶液或熔体施加几千到几力伏高压静电，当聚合物溶液或熔体内的电场力克服 其表血张力时，在电场力作用下喷射形成一股稳定的射流，随看射流的牵伸与分裂，最后溶 剂挥发或熔体固化后，高聚物纤维沉落在收集板上形成类似无纺布的微纳氷纤维材料。3静电纺丝影响因素静电纺丝是制备超细纤维的一种技术，因此在表征静电纺丝产品时，直径是需要考察的 最重要的性质，另外还有产品结构和性能。影响纤维直径、结构和性能的因素很多，主要包 括纺丝过稈因素和纺丝溶液性质，这两方面在纺丝过程中发挥着重要作用。下面就静电纺丝 工艺参数对纤维的影响作简要介绍：3.1过程因素静
5、电纺丝过程中，纺丝电压、纺丝距离、纺丝液流量、喷丝头内径、环境参数（温湿度 与大气压）等都会对制备的纳米纤维产生直接的影响。比如在静电纺丝过程中，纺丝电压是 一个非常重要的参数，它不仅在纺丝区域内形成纺丝电场，而且使纺丝液带电，这样随看电 压的增加，纺丝液在喷丝头尖端经历从半球形泰勒锥一一射流的变化过程。随着电压增 人，电场强度增加，纺丝液表面电荷密度增加，射流将会得到更大的静电斥力导致射流更强 的分裂和更大的飞行速度，从而产生更高的拉伸比，因此所纺纤维肓径降低。3.2溶液性质纺丝液性质包括浓度和黏度、纺丝溶剂、溶液表面张力引、高聚物分了最、添加物等屈 于溶液参数，其作用不亚于过稈参数，将直接
6、决定静电纺丝是否会发生并影响纤维性能。高 聚物分了链间的相互纠缠以及分了问的相互作用是形成纤维的必要条件并且煤响着纤维的 性质。4静电纺丝制备方法通常导电聚合物具有低分了最和刚性结构的特点，会妨碍通过静电纺丝技术制备纤维。 因此，需要用各种各样的方法来处理导电聚合体使其能够达到静电纺丝的技术要求，这些方 法概括如下：4.1导电聚合物直接进行静电纺丝制备微纳米纤维原则上，导电聚合物应该能肓接进行静电纺丝，然而，由于导电聚合物的难溶性，只有 少数可溶解的导电聚介物可以真接用静电纺丝制备纳米纤维，例如用掺杂硫酸的聚苯胺 (PANI)，掺杂2丙烯酰胺基2冲基亠丙烷磺酸(AMPSA)的聚苯胺化翠绿亚胺(
7、EB) 和掺杂十二烷基苯磺酸(DBSA)心的聚毗咯(PPy)。尽管聚(P型苯乙烯)(PPV)是另一种 重要的导电聚合物，但它的难溶性使其难以通过静电纺丝制备纳氷纤维，但是Okuzaki山 提出了一个独创的通过静电纺丝制备PPV纳米纤维的方法:首先将可溶解的PPV前躯体(聚 对二甲苯四氢II塞吩鑰氯化物)通过静电纺丝得到纳米纤维，随麻在真空条件下加热到25OC 并保持12h后，前躯体纤维转变成为PPV纳米纤维。4.2导电聚合物和其它聚合物的混合物的共纺导电聚合物和传统聚介物的混合物是更好的静电纺丝原料。传统聚合体可以辅助导电聚 合体纤维的形成并且可以作为纳米纤维形成的支撑材料。然而需要说明的是，
8、基体聚合物的 选择和数量对故终产物的形态和性能起决定性作用，如果导电聚合物部分的量太少，则所得 纤维的电导率较低，相反如果基体聚合物部分的量太少，则静电纺丝的过稈将会变得异常困 难。在传统的聚合物里面，聚乙烯氧化物(PEO)是非常容易进行电纺的，因而广泛用于导电 聚合物共混物的静电纺丝。通过改变导电聚合物和PEO在混合物中的比率，合成纳米纤维 的电导率和直径可以得到很好的控制L，2jo另外，导电聚合物纳米纤维中的小孔可以由PEO 填充。因为静电纺丝后的PANI/PEO纳米纤维具有较大的比表面积和统一的肓径，所以 可以作为化学传感器用于检测乙醉和氨气。4.3纤维模板法制备导电聚合物纤维纤维模板法
9、是一种制备同轴导电聚介物纤维的方法。静电纺丝聚介体纳米纤维为多孔导 电聚合体无纺织物的形成提供了一个结实稳定的模板，目前，有两个方法常被用于在多孔材 料表面制备导电聚合物，一个是气相聚合作用，另一个是溶液聚合作用。4.3.1气相聚合(VDP)在这个过稈中，将包含具备聚合单体能力的氧化剂的模板基质放于一个充满气态单体的 容器中。在模板的表面，气态单体被氧化成为导电聚合体。无机三价铁盐，例如FeC13,是 一种传统的氧化剂并且可以通过PEO链中氧原了和木身Fe3+的协调作用与PEO形成一种 联合体。常见的方法描述如下：首先，通过静电纺丝制备包含FeC13的纳米纤维，然后将上 述纳米纤维放置于气态叽
10、咯中，叽咯单体被FeC13氧化得到PEO/PPy纳米纤维以、154.3.2溶液聚合作用在这个方法中，纳米纤维模板要浸入含有单体、氧化剂和掺杂酸的溶液中，单体同时沉 降在模板表面形成岩心外売复合纳米纤维。总结在过去几年中，通过静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维取得了飞速的发展，然而, 我们仍然面对几个主要的问题：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进 行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段, 因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方 法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝
11、聚合体纤 维。参考文献11.吴佳林，周美风，张锋。静电纺纳米纤维的研究历史、基木原理及影响因素。陕西纺织, 2010, 3； 57-60o2 . Rayleigh L. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricityJ .Plhilos Mag, 1882,14,184 186.3 . Zeleny J. On the Conditions of Instability of Liquid Drops with Applications to the ElectricalDischarge from
12、 Liquid Point卩Proc Camb Phil Soc,1915,18;71 一 83.4 , Taylor GI.Disintegration of Water Drops in an ElectricField J Proc RoySoc,1964,A280,383397.5 .小村伸弥(著)，刘辅庭(译)。用静电纺丝开发新型纳米纤维非织造布。产业用纺织品，2006,9 o6 .吴佳林 静电纺丝制备取向纳米纤维的研究进展。山东纺织科技，2010,51;4850。.苏好，杜晓松，蒋亚东,靖红军。静电射流技术制备纳米材料的研究进展。材料导报,2009, 23(11);85-89O8
13、. D. H. Rencker and I. Chun, Nanotechnology 7 (1996) 216.9 . N. J. Pinto, P. Carrion and J. X. Quinones, Mater. Sci. Eng. A. 366 (2004) 1.10 .T. Kang, S. W. Lee, J. S. Joo and J. Y. Lee, Synth. Met. 153 (2005) 61.(2006) 4276.12 .Ming Wei , Junseok Lee , Bongwoo Kang , Joey Mead . Macromolecular Rapi
14、d Communications, 200500212;1127-1132.13 . A. Bianco, C. Bertarelli, S. Frisk, J. F. Rabolt, M. C. Gallazzi and G. Zerbi, Synth. Met. 157 (2007) 276.14 .S. Nair, S. Natarajan and S. H. Kim, Macromol. Rapid Commun. 26 (2005) 1599.15 .Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct2006 ,47 ; 1597-1603.16 .山下羲裕,刘辅庭(译),lllffl (校)。静电纺丝制造纳米纤维的方法。合成纤维,2008, 37(2);50-52o
