一種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有感知周圍環(huán)境條件的變化，例如溫度、壓力(形變)、pH值等參數(shù)變化的柔性智能材料在可穿戴電子、人體植入式電子器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是具有溫度響應(yīng)能力的材料在健康護(hù)理方面具有重要的用途。前期有關(guān)柔性智能材料的研究主要集中在水凝膠、納米顆粒等體系中，將智能材料制備成纖維可有效提高材料的力學(xué)穩(wěn)定性和響應(yīng)靈敏度。靜電紡絲是一種與傳統(tǒng)紡絲方法不同的紡絲技術(shù)，主要依靠高壓靜電場使帶電聚合物溶液或熔體產(chǎn)生形變，在噴頭端部形成錐形液滴，當(dāng)液滴表面電荷斥力超過其表面張力時(shí)，在液滴表面高速噴射出聚合物微小液體流，形成射流；射流在較短的時(shí)間與距離內(nèi)經(jīng)過電場力的高速拉伸、溶劑揮發(fā)，最終沉積在接收裝置上，形成聚合物纖維。通過靜電紡絲工藝制備的納米纖維由于具有高比表面積、高孔隙率及良好的力學(xué)性能，已成為制備智能材料的主要方法。但目前利用靜電紡絲技術(shù)制備納米復(fù)合材料的方法大多是將無機(jī)納米顆粒與聚合物溶液進(jìn)行簡單的混合來配制紡絲溶液，并將其通過靜電紡絲的方式制備成纖維膜。這種方法雖然簡單易行，但也存在一些不足。如無機(jī)納米材料在紡絲液中通常存在容易團(tuán)聚、不易分散等缺點(diǎn)，往往需要添加表面活性劑幫助納米顆粒的分散，大大限制了其應(yīng)用。
[0003]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有無機(jī)納米材料在紡絲液中存在團(tuán)聚、不易分散等缺點(diǎn)，需添加表面活性劑的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，包括步驟:
A、采用N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺按照一定的摩爾比在溶劑水中通過聚合反應(yīng)制備得到聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)；其中，水的加入量為N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺總質(zhì)量的45~55倍；反應(yīng)溫度為0~25°C，反應(yīng)時(shí)間為 6~24h ；
B、以所制備的聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)為紡絲聚合物，硝酸銀為銀顆粒前驅(qū)體，共混于紡絲溶劑中得到靜電紡絲液；其中，硝酸銀含量是紡絲聚合物質(zhì)量的 20~40% ；
C、將上述靜電紡絲液盛裝在靜電紡絲裝置中進(jìn)行靜電紡絲得到纖維膜，將纖維膜進(jìn)行高溫?zé)峤宦?lián)后，再將硝酸銀原位還原成銀納米顆粒，制備得到高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維。
[0006]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，所述步驟A中，N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺的摩爾比為(1~10):1。
[0007]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟B中，所述紡絲溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃和乙醇中的至少一種。
[0008]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，所述步驟C具體包括:
C1、將上述靜電紡絲液盛裝在靜電紡絲裝置的針筒中，接收裝置為轉(zhuǎn)筒，控制紡絲電壓為5~25kV，接收距離為5~25cm ；
C2、開啟靜電紡絲裝置進(jìn)行靜電紡絲，對轉(zhuǎn)筒上形成的復(fù)合纖維膜進(jìn)行高溫?zé)峤宦?lián)處理，原位還原制備得到高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維。
[0009]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，所述步驟C1中，所述轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速為140rpm。
[0010]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，靜電紡絲的環(huán)境溫度為23~70°C，靜電紡絲的環(huán)境濕度為30~80%。
[0011]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，高溫?zé)峤宦?lián)的溫度為50~130°C。
[0012]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，高溫?zé)峤宦?lián)的時(shí)間為3~6h。
[0013]所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其中，原位還原所用的還原劑為硼氫化鈉、水合肼、抗壞血酸和葡萄糖中的至少一種。
[0014]—種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維，其中，采用如上任一所述的高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法制備而成。
[0015]有益效果:本發(fā)明通過將硝酸銀作為導(dǎo)電銀顆粒的前驅(qū)體加入到聚合物紡絲液中，克服了無機(jī)納米顆粒在紡絲溶液中不易分散的缺陷，同時(shí)，將溫敏聚合物制備為納米纖維，提高了溫度響應(yīng)的靈敏度。熱交聯(lián)后，有效避免了復(fù)合纖維的低溫溶解問題，擴(kuò)大了纖維的使用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016]圖1為聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)熱交聯(lián)示意圖。
[0017]圖2為收集得到的P(NIPAm-cO-NMA)/AgN03復(fù)合纖維的掃描電鏡圖。
[0018]圖3為復(fù)合纖維經(jīng)硼氫化鈉原位還原后收集得到的P (NIPAm-co-NMA) /kg復(fù)合纖維掃描電鏡圖。
[0019]圖4為收集得到的P (NIPAm-co-NMA) /AgN03復(fù)合纖維的熱交聯(lián)前后核磁圖譜。
[0020]圖5為收集得到的P (NIPAm-co-NMA) /Ag復(fù)合纖維熱失重圖。
[0021 ] 圖6為收集得到的P (NIPAm-co-NMA) /Ag復(fù)合纖維的X-射線衍射圖譜。
[0022]圖7為收集得到的具有不同Ag含量的P (NIPAm-co-NMA) /Ag復(fù)合纖維電阻隨溫度變化圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供一種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]前驅(qū)體原位還原處理電紡纖維法是指在聚合物紡絲液中加入可形成功能性無機(jī)納米粒子的前驅(qū)體物質(zhì)，主要以鹽類為主，靜電紡絲形成纖維后，通過物理或化學(xué)的方法進(jìn)行原位還原，直接在電紡纖維中獲得無機(jī)納米顆粒，制備功能性復(fù)合纖維。本發(fā)明采用前驅(qū)體原位還原處理電紡纖維，以解決現(xiàn)有無機(jī)納米材料在紡絲液中存在團(tuán)聚，不易分散，需添加表面活性劑的問題。
[0025]本發(fā)明以具有溫度響應(yīng)行為的溫敏聚合物纖維作為紡絲聚合物，導(dǎo)電顆粒作為無機(jī)顆粒，制備高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維。其中，導(dǎo)電顆?？梢詾殂y、金、銅中的至少一種。優(yōu)選地，導(dǎo)電顆粒為銀。
[0026]具體地，本發(fā)明以具有溫度響應(yīng)行為的聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)為紡絲聚合物，硝酸銀為銀顆粒前驅(qū)體為例，對制備高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維進(jìn)行說明。
[0027]本發(fā)明的一種高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法較佳實(shí)施例，其包括步驟:
A、采用N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺按照一定的摩爾比在溶劑水中通過聚合反應(yīng)制備得到聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)；其中，水的加入量為N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺總質(zhì)量的45~55倍；反應(yīng)溫度為0~25°C，反應(yīng)時(shí)間為 6~24h ；
所述步驟A中，在反應(yīng)體系中添加引發(fā)劑(如過硫酸銨)和催化劑(如N，N，N’，N’ -甲基乙二胺)，引發(fā)和催化N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺自由基聚合反應(yīng)得到聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)。優(yōu)選地，引發(fā)劑(如過硫酸銨)的加入量為N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺總質(zhì)量的2%，催化劑(如N，N, N’，N’ -甲基乙二胺)的加入量為N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺總質(zhì)量的5%。本發(fā)明該自由基聚合反應(yīng)在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行。
[0028]B、以所制備的聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)為紡絲聚合物，硝酸銀為銀顆粒前驅(qū)體，共混于紡絲溶劑中得到靜電紡絲液；其中，硝酸銀含量是紡絲聚合物質(zhì)量的20~40% ；
所述步驟B中，以預(yù)先制備好的聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-N-羥甲基丙烯酰胺)為紡絲聚合物，以導(dǎo)電銀顆粒的前驅(qū)體硝酸銀為紡絲添加粒子，將前驅(qū)體硝酸銀與紡絲聚合物共混于紡絲溶劑中，配制成靜電紡絲液。本發(fā)明導(dǎo)電銀顆粒的前驅(qū)體不限于硝酸銀，亦可以為醋酸銀或氯金酸。硝酸銀、醋酸銀和氯金酸中的至少一種均可作為導(dǎo)電銀顆粒的前驅(qū)體。
[0029]C、將上述靜電紡絲液盛裝在靜電紡絲裝置中進(jìn)行靜電紡絲得到纖維膜，將纖維膜進(jìn)行高溫?zé)峤宦?lián)后，再將硝酸銀原位還原成銀納米顆粒，制備得到高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維。
[0030]所述步驟A中，N-異丙基丙烯酰胺與N-羥甲基丙烯酰胺的摩爾比為(1~10 ): 1。
[0031]所述步驟B中，所述紡絲溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、四氫呋喃和乙醇中的至少一種。優(yōu)選地，所述紡絲溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺。
[0032]優(yōu)選地，所述步驟C具體包括:
C1、將上述靜電紡絲液盛裝在靜電紡絲裝置的針筒中，接收裝置為轉(zhuǎn)筒，控制紡絲電壓為5~25kV，接收距離為5~25cm ；
C2、開啟靜電紡絲裝置進(jìn)行靜電紡絲，對轉(zhuǎn)筒上形成的復(fù)合纖維膜進(jìn)行高溫?zé)峤宦?lián)處理后，再將硝酸銀原位還原成銀納米顆粒，制備得到高靈敏度溫敏導(dǎo)電復(fù)合纖維。
[0033]將上述靜電紡絲液盛裝在靜電紡絲裝置的針筒中，開啟靜電紡絲裝置，