專利名稱：聚對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)明涉及一種通過靜電紡絲制備聚對苯撐乙烯(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)具有簡單、有效、廣泛的適用性和低廉的成本等諸多優(yōu)點。電紡絲技術(shù)廣泛的適用性不僅表現(xiàn)在其適用于金屬，無機(jī)非金屬和有機(jī)聚合物等多種材料，還體現(xiàn)在其對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心和中空纖維，核/ 殼復(fù)合纖維以及項鏈結(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方法成功實現(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，目前通過靜電紡絲制備PPV衍生物微納米纖維主要通過混紡或使用同軸紡絲等特殊裝置來實現(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難點，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。由于該過程中沒有加入其他聚合物，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)明通過選擇合適的混合溶劑實現(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)明是通過以下技術(shù)方案實現(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10-100萬之間。將聚合物與組分1、組分2混合配成溶液，通過靜電紡絲技術(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，具有厘米級的長度和良好的力學(xué)性能。熒光光譜測量該纖維的光致發(fā)光光譜，與其旋涂膜的光致發(fā)光光譜一致。通過簡單的取向裝置，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驗條件在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)勢在于制備工藝簡單，使用常見的靜電紡絲裝置，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電紡絲無紡布。附圖5為本發(fā)明MEH-PPV電紡絲熒光光譜。
具體實施方案
本發(fā)明將通過以下實施例作進(jìn)一步說明。實施例1。將重均分子量20萬的MDMO-PPV溶解在5mL氯仿當(dāng)中配成濃度為IOwt. %的溶液， 通過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。實施例2。將重均分子量40萬的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。實施例3。將重均分子量30萬的聚[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。實施例4。將重均分子量60萬的聚(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。實施例5。將重均分子量20萬的MEH-PPV溶解在5mL氯仿當(dāng)中配成濃度為12wt. %的溶液， 通過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，收集一段時間得到聚合物微納米纖維。
權(quán)利要求
1.一種聚對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苯撐乙烯衍生物，重均分子量在10-100萬之間。
全文摘要
一種聚對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，具有厘米級的長度和良好的力學(xué)性能；熒光光譜測量該纖維的光致發(fā)光光譜，與其旋涂膜的光致發(fā)光光譜一致；通過簡單的取向裝置，其發(fā)射光譜表現(xiàn)出很強(qiáng)的偏振性。
文檔編號D01D1/02GK102443858SQ20111026314
公開日2012年5月9日 申請日期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 申請人:南昌大學(xué)