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为了实现纳米纤维的可控制备及其结构与性能之间的相互关系,科研学者做出了很多努力。具有聚集诱导发光(AIE)效应的新型荧光分子,作为一种发光性能出众,可应用在固体材料领域,对环境敏感的智能材料,为可视化构筑一维纳米纤维提供了新思路。本文通过将AIE分子锚定在聚合物主链或侧链上,合成了一系列具有AIE活性的荧光聚合物,并采用静电纺丝技术制备了具有AIE活性的荧光纳米纤维,并通过荧光图谱研究了纤维结构与性能之间的关系。另一方面,由于聚合物纳米纤维膜的高比表面积和高孔隙率与荧光分子对外界环境的灵敏性相结合,荧光纳米纤维展现出对外界刺激的响应性,从而赋予纳米纤维新的特性。本文的主要研究内容和结果如下:
(1)由于共聚物可以增强聚合物材料的性能,因此用共聚物进行静电纺丝可以制备性能优于均聚物的纤维材料。本文根据AIE分子的RIM(分子内运动受限)机理,通过荧光光谱实时跟踪了荧光聚合物的合成以及荧光纳米纤维的结构与性能。首先,利用缩聚反应将荧光分子(TPE-4COOH)接枝到共聚物丙烯酸树脂上制备了热塑性荧光共聚物,并通过静电纺丝技术制备了具有AIE效应的热塑性荧光共聚物纳米纤维。接着通过荧光光谱的变化,证明了聚合物由于在静电纺丝过程中静电力的拉伸下会趋于定向排列形成半晶态,以及由于荷叶效应导致的荧光纳米纤维膜极好的疏水性。最后,研究了荧光纳米纤维膜对温度的响应性以及有机气体的响应性,为智能纳米纤维的开发开辟了一条新的研究途径。
(2)热固性聚合物在经过加热与固化剂发生化学固化后,会形成不溶不熔的三维网状结构,这赋予了聚合物优异的耐热性能,耐药品性能,抗蠕变性能以及极高的刚性等。本文研究了基于热固性聚合物在微纳米尺寸下如何实现固化成纤,并利用荧光性质的跟踪了其成纤过程,并探讨了其成纤机理。首先,通过一步法,以TPE-2CH2Br作为AIE活性分子,制备了荧光环氧树脂,并通过加入交联剂预交联的方式成功制备出了具有AIE效应的热固性荧光聚合物纳米纤维。相较于传统的热塑性聚合物纳米纤维,热固性聚合物纳米纤维由于其聚合物链段形成了三维网状的结构,导致其具有优异的耐热性能及耐溶剂性能,并且由于交联的作用导致其出现了奇特的核-鞘结构。通过荧光光谱的变化系统研究了热固性聚合物纳米纤维的固化行为,此外,还研究了荧光环氧纤维膜对于环境温度、刺激性气体和爆炸性化合物的响应性,拓展了其应用。
(3)壳聚糖(CS)是甲壳素脱乙酰化得到的一种天然阳离子多糖,具有良好的生物相容性、无毒无刺激、抗菌以及透气透湿性良好等优点,是一种很有前途的天然聚合物。本文研究了制备天然聚合物纳米纤维的影响因素,并利用荧光性质探究了其结构与性能。首先,通过缩聚反应将TPE-4COOH接枝到壳聚糖分子上制备了具有AIE效应的天然聚合物,再将其与PVA共混得到纺丝液并通过静电纺丝制备了具有AIE效应的天然荧光聚合物纳米纤维膜。根据AIE分子的RIM发光机理,可以通过荧光光谱实时跟踪荧光壳聚糖纳米纤维膜在戊二醛气氛下的气相交联过程。经气相交联后的荧光纳米纤维具有良好的耐热性和耐水性,虽然吸水率不如未经戊二醛气相交联的荧光纳米纤维膜,但能保持其形貌在水中长时间稳定,并且气相交联后的荧光纳米纤维具有更好的力学性能。最后,研究了荧光纳米纤维膜对与温度以及对盐酸和氨气的响应性。通过该研究,我们成功克服了壳聚糖自身的强氢键作用,制备了荧光壳聚糖纳米纤维,并赋予了其AIE特性,进一步拓展了天然聚合物纳米纤维的应用。
(1)由于共聚物可以增强聚合物材料的性能,因此用共聚物进行静电纺丝可以制备性能优于均聚物的纤维材料。本文根据AIE分子的RIM(分子内运动受限)机理,通过荧光光谱实时跟踪了荧光聚合物的合成以及荧光纳米纤维的结构与性能。首先,利用缩聚反应将荧光分子(TPE-4COOH)接枝到共聚物丙烯酸树脂上制备了热塑性荧光共聚物,并通过静电纺丝技术制备了具有AIE效应的热塑性荧光共聚物纳米纤维。接着通过荧光光谱的变化,证明了聚合物由于在静电纺丝过程中静电力的拉伸下会趋于定向排列形成半晶态,以及由于荷叶效应导致的荧光纳米纤维膜极好的疏水性。最后,研究了荧光纳米纤维膜对温度的响应性以及有机气体的响应性,为智能纳米纤维的开发开辟了一条新的研究途径。
(2)热固性聚合物在经过加热与固化剂发生化学固化后,会形成不溶不熔的三维网状结构,这赋予了聚合物优异的耐热性能,耐药品性能,抗蠕变性能以及极高的刚性等。本文研究了基于热固性聚合物在微纳米尺寸下如何实现固化成纤,并利用荧光性质的跟踪了其成纤过程,并探讨了其成纤机理。首先,通过一步法,以TPE-2CH2Br作为AIE活性分子,制备了荧光环氧树脂,并通过加入交联剂预交联的方式成功制备出了具有AIE效应的热固性荧光聚合物纳米纤维。相较于传统的热塑性聚合物纳米纤维,热固性聚合物纳米纤维由于其聚合物链段形成了三维网状的结构,导致其具有优异的耐热性能及耐溶剂性能,并且由于交联的作用导致其出现了奇特的核-鞘结构。通过荧光光谱的变化系统研究了热固性聚合物纳米纤维的固化行为,此外,还研究了荧光环氧纤维膜对于环境温度、刺激性气体和爆炸性化合物的响应性,拓展了其应用。
(3)壳聚糖(CS)是甲壳素脱乙酰化得到的一种天然阳离子多糖,具有良好的生物相容性、无毒无刺激、抗菌以及透气透湿性良好等优点,是一种很有前途的天然聚合物。本文研究了制备天然聚合物纳米纤维的影响因素,并利用荧光性质探究了其结构与性能。首先,通过缩聚反应将TPE-4COOH接枝到壳聚糖分子上制备了具有AIE效应的天然聚合物,再将其与PVA共混得到纺丝液并通过静电纺丝制备了具有AIE效应的天然荧光聚合物纳米纤维膜。根据AIE分子的RIM发光机理,可以通过荧光光谱实时跟踪荧光壳聚糖纳米纤维膜在戊二醛气氛下的气相交联过程。经气相交联后的荧光纳米纤维具有良好的耐热性和耐水性,虽然吸水率不如未经戊二醛气相交联的荧光纳米纤维膜,但能保持其形貌在水中长时间稳定,并且气相交联后的荧光纳米纤维具有更好的力学性能。最后,研究了荧光纳米纤维膜对与温度以及对盐酸和氨气的响应性。通过该研究,我们成功克服了壳聚糖自身的强氢键作用,制备了荧光壳聚糖纳米纤维,并赋予了其AIE特性,进一步拓展了天然聚合物纳米纤维的应用。