对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的制备

高 春，房 伟，陈 铭，刁国旺＊

（1．扬州大学 化学化工学院，江苏 扬州225002；2．南通商贸高等职业学校，江苏 南通226011）

静电纺丝技术是将较高黏度的非牛顿流体在高压电场下经过细小孔径喷射形成聚合物微小射流而最终固化成纤维的一种纺丝技术［1－2］．采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料具有比表面积较大、多孔性等特点，因此在生物微反应器［3］、电池材料［4］、催化剂载体［5］、传感器以及药物缓释［6］等方面得到极为广泛的应用．近年来，越来越多的纳米纤维被用于重金属离子的吸附，例如聚丙烯腈纳米纤维［7］、壳聚糖纳米纤维［8］、聚乙烯醇纳米纤维［9－10］等．但是，由于聚合物自身对金属的配位能力较弱，单纯的纳米纤维对金属离子的吸附效果并不理想，而杯芳烃对金属离子和有机小分子的识别能力较强［11］，如将杯芳烃掺杂到聚合物中可以获得对金属离子吸附能力较强的复合纳米纤维［12］．本文通过静电纺丝的方法首次制备了对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维，并研究了影响纤维形貌的纺丝因素．

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

仪器：FTS6000傅里叶变换红外光谱仪（Bruker公司，德国）；AUY220 电子天平（Shimazu公司，日本）；S4800 场发射扫描电镜（日立公司，日本）；LSP01－1A 静电纺丝仪（保定兰格，河北）；DW－P303 高压直流电源（天津东文公司）；DDS－11A 电导率仪（雷磁新泾仪器有限公司，上海）；RS600 转矩流变仪（Thermo Electron公司，德国）．

试剂：对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃（Amide－Cal［8］，自制）；N，N－二甲基甲酰胺（国药集团化学试剂有限公司，AR）；聚丙烯腈（PAN，Sigma－aldrich公司，AR）．

1．2 对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的制备

称取2g聚丙烯腈于50mL干燥洁净的锥形瓶中，加入18．80mL N，N－二甲基甲酰胺使其充分溶解并混合均匀，此混合液作为母液；依次称取不同质量的对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃（表1）转移至母液中，超声溶解均匀后密封备用；对混合溶液进行静电纺丝，纺丝条件：20kV 电压，针头到接收板的间距为20cm，溶液的体积流量为1mL·h－1．

2 结果与讨论

2．1 傅里叶变换红外光谱表征

图1为对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的FTIR 图．由图1可见，曲线a中，波数2 940，1 453cm－1均 为—CH2—的 特 征 吸 收 峰， 波 数2 245cm－1为—CN 的特征吸收峰；曲线b 中，波数3 418cm－1的特征吸收峰反映了N—H 的伸缩振动，2 962，2 850，1 470 cm－1波 数 的 特 征 吸 收 峰 为—CH2—，—CH3的伸缩振动峰，1 760cm－1处特征吸收峰为C O 的伸缩振动峰，1 570cm－1为苯环上碳碳键振动特征吸收峰，1 192cm－1处特征吸收峰为叔丁基C—C振动；曲线c中，3 441，1 760cm－1处特征吸收峰分别为N—H 与羰基的伸缩振动峰．图1表明对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃已经成功加入到聚丙烯腈中．

表1 对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃在电纺液中的配比Tab．1 The Amide－Cal［8］ratio in spinning solutions

图1 对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的傅里叶变换红外光谱图Fig．1 FTIR of Amide－Cal［8］／PAN nanofibers

2．2 场发射扫描电镜表征

图2为不同质量分数的对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的场发射扫描电镜图．由图2可知，PAN 纳米纤维的平均直径为625nm，而含有5%，10%，15%的对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃的对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的平均直径分别为350，305，300nm，当对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃质量分数增加到20%时，纳米纤维的平均直径为475nm．对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃的加入使得纳米纤维的直径先减小后增大，但均比PAN 平均直径小，主要是因为：①对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃的加入使得电纺溶液的电导率增大，溶液的可纺性增强；②对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃的衍生物与PAN 基体的界面相容性较好，表现出优异的界面黏结性，而溶液的黏度适当增加有利于减小纳米纤维的直径．

图2 对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈纳米纤维的场发射扫描电镜图Fig．2 SEM images of Amide－Cal［8］／PAN nanofibers

2．3 稳态黏度表征

图3 反映了不同质量分数的对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈电纺溶液的稳态黏度．由图3可见，电纺溶液的稳态黏度随着杯芳烃含量的增加而线性增大．溶液黏度的适当增加有利于纳米纤维直径的减小．

2．4 电导率表征

由对叔丁基酰胺化杯［8］／PAN 溶液的电导率测定数据（表2）可知，加入对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃的电纺溶液的电导率比聚丙烯腈溶液的大，但含有不同质量分数的杯芳烃的电纺溶液之间电导率值差异较小，电纺溶液电导率的增大会使得溶液的可纺性增强．

图3 对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈电纺溶液的稳态黏度Fig．3 Viscosity curves of Amide－Cal［8］／PAN nanofibers

表2 对叔丁基酰胺化杯［8］芳烃／聚丙烯腈电纺溶液的电导率Tab．2 Conductivity curves of Amide－Cal［8］／PAN solutions with different concentrations

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