静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展.doc

收稿: 2013-11-08 ;修回: 2014-01-10 ; 基金项目:天津市自然科学基金(11JCYBJC02500) ; 作者简介:许菲菲:女, 1990 年生,硕士,主要研究方向为功能非织造材料开发与应用; *通讯联系人, E-mail : ******@. 静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展许菲菲 1,蔡志江 1,2* (1. 天津工业大学纺织学部,天津 300387 ; ,天津工业大学,天津 300387) 摘要:聚苯胺( PAN i)主链上电子高度离域,掺杂后导电性能好,是优良的结构型导电聚合物。 PAN i纳米纤维比表面积大,容易获得更高的导电性。本文综合论述了近年来国内外采用静电纺丝方法制备 PAN i及其复合纳米纤维的研究进展,重点介绍了纯 PAN i纳米纤维以及 PAN i/聚环氧乙烷( PEO )、 PAN i/聚丙烯腈( PAN )、 PANi/ 聚甲基丙烯酸甲酯(PMM A)和 PANi/ 聚乳酸(PLA) 等复合纳米纤维的制备工艺及纤维特性,简单概述了 PANi 及其复合纳米纤维在电池隔膜、过滤、传感器、电磁屏蔽材料及吸波材料等方面的应用,并对其发展趋势进行展望。关键词:静电纺丝;聚苯胺;导电聚合物;纳米纤维引言 PAN i 是一种高分子合成材料, 俗称导电塑料。其导电性堪比金属,又兼具塑料的可加工性和优异的化学稳定性, 成为导电高分子研究的热点[1]。因其单体原料易得、合成操作简单、具有较高的可调电导率和潜在的溶解、熔融加工性,在防腐蚀涂料、抗静电和电磁屏蔽材料、特殊分离膜、传感器等领域具有广泛的应用前景[2]。静电纺丝是近年发展起来用于制备纳米纤维的一种有效的技术[3]。纺丝过程主要是聚合物的溶液或熔体在高压电场中受静电力的拉伸产生高分子射流, 再通过到达收集装置前的鞭动而获得高度取向的微- 纳米级纤维。本文主要针对近年来国内外静电纺丝法制备 PAN i 及其复合导电纳米纤维的研究现状进行综合评述,并对其前景做出了展望。 1 PAN i 的结构、掺杂原理及溶解性能导电高分子 PAN i 中含π-π共轭结构, 经化学或电化学“掺杂”可使其由绝缘体转化为导体或半导体。经苯胺单体( AN I) 聚合而成的 PAN i 是苯式- 醌式结构单元交替共存的模型[4], 如图 1 所示。质子酸掺杂使 PANi 产生导电性, 主要是掺杂的质子酸分解产生的H + 和对阴离子(如 Cl -、 SO 4 2-、有机质子酸酸根等) 进入醌亚胺结构单元的 N 原子上, 然后在分子内氧化还原, 形成极子和双极子离域到整个分子链的π键中,从而使聚苯胺呈现较高的导电性。 PAN i 链上醌式环与苯式环之比为 1:3时, 掺杂后导电性最好[5]。质子酸掺杂导电原理如图 2 所示。 NH NHy N N1-yn 图1本征态聚苯胺结构( 0≤y≤1) Figure 1 The s tructure ofe igenstate p olyaniline (0≤y≤1) NH NH N N 质子酸掺杂 NH NH N N H H R R 内部氧化还原 NH NH N N H H R R 双极化子均布 N NH N NH H H R R图2聚苯胺质子酸掺杂原理 Figure 2 Protoni