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基于电纺丝与ATRP聚合技术构建多功能性薄膜

作　者: 贾维杰
导　师: 李广涛
学　校: 清华大学
专　业: 化学
关键词: 刷子电纺丝离子液体金属有机复合材料
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电纺丝技术高效方便地制备出具有多孔结构的纳米纤维薄膜材料,对纳米纤维表面进行化学修饰,可进一步扩大所制备薄膜材料在传感、催化、分离等领域的应用。近年来,电纺丝的表面修饰受到研究者的广泛关注,文献已经报道的修饰方法包括“click”反应、电化学沉积和等离子体处理等。在本文中,我们成功的制备出纤维表面含有聚合引发位点的二氧化硅纳米纤维薄膜材料,纳米纤维表面含有的引发位点的密度与文献中通过溶液沉积法得到的基体表面的引发位点密度近似,而且由纳米纤维构成的薄膜有一定的机械强度和化学稳定性,通过原子转移自由基活性聚合(ATRP),可以根据自己的需要将不同性质的聚合物刷子接枝在电纺丝表面,刷子是调控表面性质一种常用的方法。本文中,我们将三种不同性能聚合刷子接枝于纤维表面。获得了具有特异功能的薄膜材料。首先,我们成功在电纺丝表面合成离子液体的刷子,将离子液体的特性和电纺丝特性有机的结合在一起,获得了一种具有可调节性的功能薄膜体系。通过调节对抗离子,膜的表面结构很容易被调控。这种薄膜可以用作电化学的开关,改变对抗离子,膜孔洞的亲疏水性发生变化,由亲水逐渐变为疏水,薄膜的孔洞逐渐排斥水分子,电化学信号随之改变,当对抗离子为疏水性最强的三氟甲磺酸根离子时,孔洞关闭,而且此过程是可逆的,关闭的孔洞可以重新打开。我们又将具有电活性的对抗离子磷钨酸根通过离子交换方法固定在膜表面,使膜具有电活性。其次,我们又分别在电纺丝表面合成除了聚(乙烯基吡啶)和聚(甲基丙烯酸)刷子,这类刷子修饰的电纺丝膜可以用作制备金属有机复合材料的支架,这种薄膜材料在气体分离方面有广泛的应用。在本文中,我们运用了各种表征手段,如核磁共振,透射红外,反射红外,扫描电子显微镜,透射电子显微镜和X射线光电子能谱等。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章前言  10-30
  1.1 电纺丝简介  10-21
    1.1.1 电纺丝原理  10-11
    1.1.2 电纺丝的喷头装置  11-13
      1.1.2.1 单头纺丝装置  11-12
      1.1.2.2 多头溶液纺丝装置  12
      1.1.2.3 同轴纺丝装置  12-13
      1.1.2.4 扫描探针电纺丝装置  13
    1.1.3 电纺丝常用接收装置  13-14
      1.1.3.1 金属板收集装置  13
      1.1.3.2 滚筒式收集装置  13-14
      1.1.3.3 金属框接收装置  14
      1.1.3.4 高速转轮接收装置  14
      1.1.3.5 多重电场取向接收装置  14
    1.1.4 电纺丝的影响因素  14-18
      1.1.4.1 纺丝电压  14-16
      1.1.4.2 纺丝距离  16
      1.1.4.3 溶液浓度  16
      1.1.4.4 温度和湿度  16-17
      1.1.4.5 电导率对纺丝的影响  17-18
    1.1.5 电纺丝技术的应用  18-21
      1.1.5.1 过滤方面的应用  18
      1.1.5.2 生物医学方面的应用  18-19
      1.1.5.3 传感器方面的应用  19
      1.1.5.4 电学领域的应用  19
      1.1.5.5 利用电纺丝来制备碳纳米线  19-20
      1.1.5.6 伤口愈合  20-21
  1.2 ATRP（原子转移活性自由基聚合）简介  21-23
    1.2.1 ATRP 原理  21-23
  1.3 离子液体简介  23-27
    1.3.1 离子液体的性质  24-25
      1.3.1.1 熔点  24
      1.3.1.2 溶解性  24-25
      1.3.1.3 热稳定性  25
      1.3.1.4 蒸汽压  25
      1.3.1.5 粘度  25
    1.3.2 离子液体的应用  25-27
      1.3.2.1 在有机合成的应用  25
      1.3.2.2 在电化学中的应用  25-26
      1.3.2.3 在化学分离中的应用  26
      1.3.2.4 固定化离子液体  26-27
  1.4 金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,简称 MOFs)简介  27-28
    1.4.1 原料的选择  27
    1.4.2 合成方法  27-28
    1.4.3 应用  28
      1.4.3.1 催化剂  28
      1.4.3.2 气体储存  28
      1.4.3.3 分离  28
  1.5 本文研究的主要内容和意义  28-30
第2章具有聚合离子液体的刷子的电纺丝薄膜的制备  30-42
  2.1 本章引论  30-31
  2.2 实验部分  31-35
    2.2.1 实验材料  31-32
    2.2.2 实验所用仪器  32
    2.2.3 实验方案  32
    2.2.4 合成引发剂  32-33
    2.2.5 合成聚合用离子液体单体  33-34
    2.2.6 纺丝  34
    2.2.7 电纺丝表面的ATRP  34
    2.2.8 电化学表征  34-35
  2.3 结果讨论  35-41
    2.3.1  35-41
      2.3.1.1 纺丝结果  35-37
      2.3.1.2 电纺丝表面刷子的表征  37-40
      2.3.1.3 电化学表征结果  40-41
  2.4 本章小结  41-42
第3章具有聚甲基丙烯酸以及聚乙烯基吡啶刷子的电纺丝薄膜的制备  42-51
  3.1 本章引论  42
  3.2 实验部分  42-44
    3.2.1 实验材料  42-43
    3.2.2 实验所用仪器  43
    3.2.3 实验方案  43
    3.2.4 电纺丝表面的ATRP  43
      3.2.4.1 合成乙烯基吡啶刷子  43
      3.2.4.2 合成甲基丙烯酸叔丁酯刷子  43
      3.2.4.3 甲基丙烯酸刷子  43
    3.2.5 MOFs 的生长  43-44
      3.2.5.1 吡啶体系MOFs 生长  43-44
      3.2.5.2 羧酸体系MOFsCu_3(BTC)_2 生长  44
  3.3 结果讨论  44-51
    3.3.1 ATRP 结果  44-48
      3.3.1.1 P4VP（聚4‐乙烯基吡啶）刷子的表征  44-46
      3.3.1.2 （聚丙烯酸叔丁酯）刷子的表征结果  46-48
    3.3.2 MOFs 的生长结果  48-50
      3.3.2.1 吡啶体系MOFs 生长结果  48-49
      3.3.2.2 羧酸体系Cu_3(BTC)_2 的生长结果  49-50
    3.3.3 小结  50-51
第4章总结  51-52
参考文献  52-61
致谢  61-62
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  62

基于电纺丝与ATRP聚合技术构建多功能性薄膜

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