專利名稱：聚對(duì)苯撐乙烯衍生物微納米纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)靜電紡絲制備聚對(duì)苯撐乙烯(PPV)衍生物微納米纖維的方法。
背景技術(shù)：
共軛聚合物不僅具有良好的力學(xué)性能，同時(shí)結(jié)合了半導(dǎo)體的光電特性和聚合物良好的加工性，使其成為重要的功能材料。PPV衍生物是共軛聚合物中重要的一類，在氯仿、四氫呋喃等溶劑中具有很好的溶解性，在光電二極管以及太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用使其受到廣泛的關(guān)注。共軛聚合物的一維微納米結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的性能，其制備方法一直備受重視。例如， 已有的研究表明，基于聚噻吩納米絲的太陽(yáng)能電池，能夠使器件效率大幅度提高。在制備微納米結(jié)構(gòu)的方法當(dāng)中，應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬靜電紡絲方法。靜電紡絲或電紡絲imectrospinning)是一種利用高壓電場(chǎng)的作用將聚合物溶液或熔體紡絲制備成尺度在微米到納米級(jí)的超細(xì)纖維的加工工藝。與其他制備一維納米結(jié)構(gòu)材料的加工方法相比，電紡絲技術(shù)具有簡(jiǎn)單、有效、廣泛的適用性和低廉的成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。電紡絲技術(shù)廣泛的適用性不僅表現(xiàn)在其適用于金屬，無(wú)機(jī)非金屬和有機(jī)聚合物等多種材料，還體現(xiàn)在其對(duì)材料微觀形貌的控制能力上。在不同的條件下，靜電紡絲可制備得到實(shí)心和中空纖維，核/ 殼復(fù)合纖維以及項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)等各種復(fù)雜形貌的纖維。結(jié)合其他方法電紡絲可以方便地制備各類復(fù)合材料。盡管電紡絲方法具有廣泛的適用性，共軛聚合物的靜電紡絲仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。一般有以下解決方法。(1)使用聚合物前驅(qū)體，比如國(guó)內(nèi)黃宗浩教授課題組使用這一方法制備PPV納米絲。這類方案使用可紡性好的前驅(qū)體制備成纖維，之后用熱處理的方式將前驅(qū)體轉(zhuǎn)換成共軛聚合物ifhemical Communications 2010, 46，2316)。(2)將共軛聚合物與其他可紡性好的聚合物進(jìn)行共混，制備成復(fù)合纖維后將絕緣聚合物用溶劑去除得到單一的共軛聚合物納米絲。例如Zhu等人將聚[2-甲氧基-5(2’-乙基)己氧基-1，4-苯撐乙烯](MEH-PPV)與聚氧乙烯(PEO)混合，成功制得了復(fù)合電紡絲〈Synthetic metals 2009, 159，1454) 0 (3)使用同軸紡絲的方法。2004年夏幼南的課題小組使用這個(gè)方法成功實(shí)現(xiàn)了 MEH-PPV和聚(3-己基噻吩)(P3HT)納米絲的制備(Advanced Materials 2004， 16，2062) 0 (4)使用其他特殊的裝置，例如采用內(nèi)徑僅有30// 的噴絲頭成功制備了 P3HT 的電紡納米絲ifeia/s 2010，160, 2587)。由于包括PPV衍生物在內(nèi)的共軛聚合物可紡性差，目前通過(guò)靜電紡絲制備PPV衍生物微納米纖維主要通過(guò)混紡或使用同軸紡絲等特殊裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，限制了其在光電器件中的應(yīng)用。目前制備PPV衍生物微納米纖維仍然是一個(gè)難點(diǎn)，為成功制備其電紡絲需要同軸紡絲裝置或加入其他聚合物。前者裝置較為復(fù)雜，且需要后續(xù)的處理措施。后一方法則存在著其他聚合物殘留的問(wèn)題，影響光電器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的方法，使用混合溶劑改善PPV衍生物的可紡性，使其可在常規(guī)的靜電紡絲設(shè)備以及普通工藝條件下實(shí)現(xiàn)靜電紡絲。其廣泛的適用性體現(xiàn)在不需要使用同軸紡絲裝置，也不需要使用超細(xì)噴絲頭。由于該過(guò)程中沒(méi)有加入其他聚合物，制得的微納米纖維應(yīng)用于光電器件制備有望獲得良好的效果。本發(fā)明的最終目的是獲得應(yīng)用于光電器件的PPV衍生物微納米絲及其制備工藝。本發(fā)明通過(guò)選擇合適的混合溶劑實(shí)現(xiàn)PPV衍生物微納米纖維的制備，微觀上改變聚合物在溶液中的構(gòu)象以及分子鏈之間的相互作用，宏觀上改變?nèi)芤簼舛?、粘度、極性、電
導(dǎo)率等參數(shù)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明先將PPV衍生物與組分1按0. 5-20wt. %的濃度配成溶液，再將其與組分2 按1:4-20:1體積比配制成。所述的組分1為四氫呋喃、氯苯、甲苯、氯仿或二氯乙烷中的一種。所述的組分2為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、乙醇、異丙醇、叔丁醇、3-戊醇、六氟異丙醇、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、三氟乙酸、三氯醋酸或乙酸乙酯中的一種。本發(fā)明所述的PPV衍生物可以是以下任何一種聚[2-甲氧基_5-(2’ -乙基) 己氧基-1，4-苯撐乙烯](MEH-PPV)，聚[2，5-二(2’ -乙基己氧基)_1，4-苯撐乙烯] (BEH-PPV)，聚[2-甲氧基-5-(3' ,7' - 二甲基辛氧基)_1，4-苯撐乙烯](MDM0-PPV)，聚 (2，5-二辛基-1，4-苯撐乙烯)，聚[2，5-2(3' ,7' - 二甲基辛氧基)_1，4-苯撐乙烯]。本發(fā)明所述的PPV衍生物，重均分子量在10-100萬(wàn)之間。將聚合物與組分1、組分2混合配成溶液，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)得到微納米纖維。本發(fā)明制備的PPV衍生物微納米纖維，直徑為10納米到2微米，纖維表面光滑，具有厘米級(jí)的長(zhǎng)度和良好的力學(xué)性能。熒光光譜測(cè)量該纖維的光致發(fā)光光譜，與其旋涂膜的光致發(fā)光光譜一致。通過(guò)簡(jiǎn)單的取向裝置，其發(fā)射光譜表現(xiàn)出很強(qiáng)的偏振性。用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)本發(fā)明制得的微納米纖維進(jìn)行觀察，得知電紡絲直徑隨實(shí)驗(yàn)條件在10納米到2微米之間變化。與現(xiàn)有PPV衍生物電紡絲制備方法相比，其優(yōu)勢(shì)在于制備工藝簡(jiǎn)單，使用常見(jiàn)的靜電紡絲裝置，既不需要同軸紡絲裝置，也不需要內(nèi)徑超細(xì)的噴絲頭。另外，該制備工藝中紡絲溶液只包含PPV衍生物和有機(jī)溶劑，不需要引入其他聚合物，制得的PPV衍生物微納米纖維純度很高，其應(yīng)用于光電器件制作將獲得更好的效果。


附圖1為本發(fā)明靜電紡絲裝置圖。其中1為注射器，2為金屬毛細(xì)管，3為高壓發(fā)生裝置，4為收集板。附圖2為本發(fā)明MEH-PPV電紡絲掃描電鏡圖片。附圖3為本發(fā)明MEH-PPV電紡絲光學(xué)顯微鏡圖片。附圖4為本發(fā)明MEH-PPV電紡絲無(wú)紡布。附圖5為本發(fā)明MEH-PPV電紡絲熒光光譜。
具體實(shí)施方案
本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1。將重均分子量20萬(wàn)的MDMO-PPV溶解在5mL氯仿當(dāng)中配成濃度為IOwt. %的溶液， 通過(guò)攪拌以及超聲分散得到均勻溶液。之后在劇烈攪拌的條件下逐漸加入2mL叔丁醇。完成后，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間并進(jìn)行超聲分散得到均勻的電紡絲溶液。電紡制得微納米絲。實(shí)施例2。將重均分子量40萬(wàn)的BEH-PPV溶解在5mL 二氯乙烷當(dāng)中配成濃度為6wt. %的溶液，通過(guò)攪拌以及超聲分散得到均勻溶液。之后在劇烈攪拌的條件下逐漸加入ImL乙醇。完成后，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間并進(jìn)行超聲分散得到均勻的電紡絲溶液。電紡制得微納米絲。實(shí)施例3。將重均分子量30萬(wàn)的聚[2，5-2(3' ,7' - 二甲基辛氧基)_1，4_苯撐乙烯]溶解在5mL 二氯乙烷當(dāng)中配成濃度為8wt. %的溶液，通過(guò)攪拌以及超聲分散得到均勻溶液。 之后在劇烈攪拌的條件下逐漸加入ImL異丙醇。完成后，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間并進(jìn)行超聲分散得到均勻的電紡絲溶液。電紡制得微納米絲。實(shí)施例4。將重均分子量60萬(wàn)的聚(2，5- 二辛基-1，4_苯撐乙烯)溶解在5mL氯仿當(dāng)中配成濃度為6wt. %的溶液，通過(guò)攪拌以及超聲分散得到均勻溶液。之后在劇烈攪拌的條件下逐漸加入ImL正己烷。完成后，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間并進(jìn)行超聲分散得到均勻的電紡絲溶液。 電紡制得微納米絲。實(shí)施例5。將重均分子量20萬(wàn)的MEH-PPV溶解在5mL氯仿當(dāng)中配成濃度為12wt. %的溶液， 通過(guò)攪拌以及超聲分散得到均勻溶液。之后在劇烈攪拌的條件下逐漸加入2mL3-戊醇。完成后，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間并進(jìn)行超聲分散得到均勻的電紡絲溶液。靜電紡絲裝置如圖所示。 圖中注射器1通過(guò)聚四氟乙烯管與金屬毛細(xì)管2相連，高壓發(fā)生裝置3的高壓電極與金屬毛細(xì)管相連，收集板4接地。首先在室溫下將電紡絲溶液轉(zhuǎn)移到注射器1當(dāng)中，調(diào)節(jié)收集板 4到金屬毛細(xì)管噴口 2之間的距離為25cm，電壓10kv，收集一段時(shí)間得到聚合物微納米纖維。
權(quán)利要求
1.一種聚對(duì)苯撐乙烯衍生物微納米纖維的制備方法，其特征是先將聚對(duì)苯撐乙烯衍生物與組分1按0. 5-20wt. %的濃度配成溶液，再將其與組分2按1:4-20:1體積比配制成溶液，然后靜電紡絲；所述的組分1為四氫呋喃、氯苯、甲苯、氯仿或二氯乙烷中的一種； 所述的組分2為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、乙醇、異丙醇、叔丁醇、3-戊醇、六氟異丙醇、 N, N-二甲基甲酰胺、丙酮、三氟乙酸、三氯醋酸或乙酸乙酯中的一種；所述的聚對(duì)苯撐乙烯衍生物是聚[2-甲氧基-5-(2’_乙基)己氧基-1，4-苯撐乙烯] 、聚[2，5-二 O，-乙基己氧基)-1，4-苯撐乙烯]、聚[2-甲氧基-5-(3' ,7' -二甲基辛氧基)-1，4-苯撐乙烯]、聚(2，5-二辛基-1，4-苯撐乙烯)或聚[2，5-2(3' ,7' - 二甲基辛氧基)-1，4_苯撐乙烯]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚對(duì)苯撐乙烯衍生物微納米纖維的制備方法，其特征是所述的聚對(duì)苯撐乙烯衍生物，重均分子量在10-100萬(wàn)之間。
全文摘要
一種聚對(duì)苯撐乙烯衍生物微納米纖維的制備方法，其特征是先將聚對(duì)苯撐乙烯衍生物與四氫呋喃、氯苯、甲苯、氯仿或二氯乙烷按0.5-20wt.％的濃度配成溶液，再將其與正己烷、正庚烷或環(huán)己烷等按1:4-20:1體積比配制成溶液，然后靜電紡絲；本發(fā)明制備的聚對(duì)苯撐乙烯衍生物微納米纖維，直徑為10納米到2微米，纖維表面光滑，具有厘米級(jí)的長(zhǎng)度和良好的力學(xué)性能；熒光光譜測(cè)量該纖維的光致發(fā)光光譜，與其旋涂膜的光致發(fā)光光譜一致；通過(guò)簡(jiǎn)單的取向裝置，其發(fā)射光譜表現(xiàn)出很強(qiáng)的偏振性。
文檔編號(hào)D01D1/02GK102443858SQ20111026314
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者周魏華, 李璠, 湛烈, 鐘衛(wèi), 陳義旺 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)