高 春，房 偉，陳 銘，刁國旺＊

（1．揚(yáng)州大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225002；2．南通商貿(mào)高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南通226011）

靜電紡絲技術(shù)是將較高黏度的非牛頓流體在高壓電場下經(jīng)過細(xì)小孔徑噴射形成聚合物微小射流而最終固化成纖維的一種紡絲技術(shù)［1－2］．采用靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維材料具有比表面積較大、多孔性等特點，因此在生物微反應(yīng)器［3］、電池材料［4］、催化劑載體［5］、傳感器以及藥物緩釋［6］等方面得到極為廣泛的應(yīng)用．近年來，越來越多的納米纖維被用于重金屬離子的吸附，例如聚丙烯腈納米纖維［7］、殼聚糖納米纖維［8］、聚乙烯醇納米纖維［9－10］等．但是，由于聚合物自身對金屬的配位能力較弱，單純的納米纖維對金屬離子的吸附效果并不理想，而杯芳烴對金屬離子和有機(jī)小分子的識別能力較強(qiáng)［11］，如將杯芳烴摻雜到聚合物中可以獲得對金屬離子吸附能力較強(qiáng)的復(fù)合納米纖維［12］．本文通過靜電紡絲的方法首次制備了對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維，并研究了影響纖維形貌的紡絲因素．

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

儀器：FTS6000傅里葉變換紅外光譜儀（Bruker公司，德國）；AUY220 電子天平（Shimazu公司，日本）；S4800 場發(fā)射掃描電鏡（日立公司，日本）；LSP01－1A 靜電紡絲儀（保定蘭格，河北）；DW－P303 高壓直流電源（天津東文公司）；DDS－11A 電導(dǎo)率儀（雷磁新涇儀器有限公司，上海）；RS600 轉(zhuǎn)矩流變儀（Thermo Electron公司，德國）．

試劑：對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴（Amide－Cal［8］，自制）；N，N－二甲基甲酰胺（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR）；聚丙烯腈（PAN，Sigma－aldrich公司，AR）．

1．2 對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維的制備

稱取2g聚丙烯腈于50mL干燥潔凈的錐形瓶中，加入18．80mL N，N－二甲基甲酰胺使其充分溶解并混合均勻，此混合液作為母液；依次稱取不同質(zhì)量的對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴（表1）轉(zhuǎn)移至母液中，超聲溶解均勻后密封備用；對混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，紡絲條件：20kV 電壓，針頭到接收板的間距為20cm，溶液的體積流量為1mL·h－1．

2 結(jié)果與討論

2．1 傅里葉變換紅外光譜表征

圖1為對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維的FTIR 圖．由圖1可見，曲線a中，波數(shù)2 940，1 453cm－1均 為—CH2—的 特 征 吸 收 峰， 波 數(shù)2 245cm－1為—CN 的特征吸收峰；曲線b 中，波數(shù)3 418cm－1的特征吸收峰反映了N—H 的伸縮振動，2 962，2 850，1 470 cm－1波 數(shù) 的 特 征 吸 收 峰 為—CH2—，—CH3的伸縮振動峰，1 760cm－1處特征吸收峰為C O 的伸縮振動峰，1 570cm－1為苯環(huán)上碳碳鍵振動特征吸收峰，1 192cm－1處特征吸收峰為叔丁基C—C振動；曲線c中，3 441，1 760cm－1處特征吸收峰分別為N—H 與羰基的伸縮振動峰．圖1表明對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴已經(jīng)成功加入到聚丙烯腈中．

表1 對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴在電紡液中的配比Tab．1 The Amide－Cal［8］ratio in spinning solutions

圖1 對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維的傅里葉變換紅外光譜圖Fig．1 FTIR of Amide－Cal［8］／PAN nanofibers

2．2 場發(fā)射掃描電鏡表征

圖2為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維的場發(fā)射掃描電鏡圖．由圖2可知，PAN 納米纖維的平均直徑為625nm，而含有5%，10%，15%的對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴的對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維的平均直徑分別為350，305，300nm，當(dāng)對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到20%時，納米纖維的平均直徑為475nm．對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴的加入使得納米纖維的直徑先減小后增大，但均比PAN 平均直徑小，主要是因為：①對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴的加入使得電紡溶液的電導(dǎo)率增大，溶液的可紡性增強(qiáng)；②對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴的衍生物與PAN 基體的界面相容性較好，表現(xiàn)出優(yōu)異的界面黏結(jié)性，而溶液的黏度適當(dāng)增加有利于減小納米纖維的直徑．

圖2 對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈納米纖維的場發(fā)射掃描電鏡圖Fig．2 SEM images of Amide－Cal［8］／PAN nanofibers

2．3 穩(wěn)態(tài)黏度表征

圖3 反映了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈電紡溶液的穩(wěn)態(tài)黏度．由圖3可見，電紡溶液的穩(wěn)態(tài)黏度隨著杯芳烴含量的增加而線性增大．溶液黏度的適當(dāng)增加有利于納米纖維直徑的減小．

2．4 電導(dǎo)率表征

由對叔丁基酰胺化杯［8］／PAN 溶液的電導(dǎo)率測定數(shù)據(jù)（表2）可知，加入對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴的電紡溶液的電導(dǎo)率比聚丙烯腈溶液的大，但含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的杯芳烴的電紡溶液之間電導(dǎo)率值差異較小，電紡溶液電導(dǎo)率的增大會使得溶液的可紡性增強(qiáng)．

圖3 對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈電紡溶液的穩(wěn)態(tài)黏度Fig．3 Viscosity curves of Amide－Cal［8］／PAN nanofibers

表2 對叔丁基酰胺化杯［8］芳烴／聚丙烯腈電紡溶液的電導(dǎo)率Tab．2 Conductivity curves of Amide－Cal［8］／PAN solutions with different concentrations

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