[发明专利]一种杯芳烃聚丙烯腈复合纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝混纺工艺技术领域。

背景技术

静电纺丝技术就是在高压电场下，较高粘度的非牛顿流体经过细小的孔径，喷射形成聚合物微小射流，最终固化成纤维的一种纺丝技术。

通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。随着纳米技术的发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，将在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。然而，利用静电纺丝技术制备纳米纤维还面临一些需要解决的问题。如何制备出适合需要的、高性能、多功能的复合纳米纤维是研究的关键。

杯芳烃是由苯酚单元通过次甲基桥连接成的环状低聚物，结构中包括一个疏水性空腔，可以与一系列的分子形成包合物。在20世纪70年代后期， Gutsche, C.D.研究组继续研究酚醛反应产物，引起了化学界的瞩目，他们将这些化合物命名为：杯芳烃(calixarene, calix是希腊圣杯，arene是芳香环)。目前已经合成了一系列不同大小尺寸的杯芳烃。在杯芳烃的命名中在calix和arene之间用方括号括起来的数字表示了分子中构成空腔的用次甲基连接的苯环单元的树目。芳环上的取代基写在名字的最前面作为前缀。

杯芳烃具有大小可调节的“空腔”，能够形成主-客复合物，与环糊精、冠醚相比，是一类更具广泛适应性的模拟酶，被称为继冠醚和环糊精之后的第三代主体化合物。作为第三代超分子主体化合物，杯芳烃具有独特的空穴结构，与冠醚和环糊精相比具有如下特点：(1) 它是一类合成的低聚物，它的空穴结构大小的调节具有较大的自由度，目前已合成了4～20个苯酚单元所构成的不同空腔尺寸的杯芳烃；(2) 通过控制不同的反应条件及引入适当的取代基，可固定所需要的构象；(3) 杯芳烃的衍生化反应，不仅在杯芳烃下缘的酚羟基、上缘的苯环对位，而且连接苯环单元的亚甲基都能进行各种选择性功能化，这不仅能改善杯芳烃自身水溶性差的不足，而且还可以改善其分子络合能力和模拟酶活力；(4) 杯芳烃的热稳定性及化学稳定性好，可溶性虽较差，但通过衍生化后，某些衍生物具有很好的溶解性；(5) 杯芳烃能与离子和中性分子形成主-客体包结物，这是集冠醚和环糊精两者之长；(6) 杯芳烃的合成较为简单，可望获得较为廉价的产品。

近年来，杯芳烃化学得到迅速发展，杯芳烃在金属离子络合萃取、液膜传输、分子探针、传感器、液晶、非线性光学等领域的应用均有所报道，展现了杯芳烃及其衍生物广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种杯芳烃聚丙烯腈复合纳米纤维的制备方法。

本发明的技术方案如下：

1）制备电纺溶液：将分子量为100000～200000的聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，形成电纺母液，再在所述电纺母液中加入对叔丁基杯[n]芳烃，超声溶解均匀；所述对叔丁基杯[n]芳烃中n=4，6，8；

2）喷丝：在静电纺丝仪上，于针头内径为0.2～1 mm、针头到接收板的间距为10～20 cm、电压为15～20 kV、溶液流量为0.5～2 ml/h和电纺时间为10～30 min的条件下，将电纺溶液进行喷丝，经水冷制成杯芳烃聚丙烯腈复合纳米纤维。

本发明以聚丙烯腈为聚合物载体，对叔丁基杯[n]芳烃为掺杂分子，采用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，可形成均相的电纺溶液，将电纺溶液在静电纺丝仪上进行纺丝，通过调节以上各工艺参数，即可获得杯芳烃聚丙烯腈复合纳米纤维。采用本发明方法制备的杯芳烃聚丙烯腈复合纳米纤维表面光滑，直径分布均匀，孔隙率均一。本发明复合纳米纤维可形成功能化的静电纺丝膜，将杯芳烃和静电纺丝纳米纤维的有机结合，就可以获得具有两方面特性的新型材料——既拥有纳米材料纳米特性，具有杯芳烃的识别功能，又具有对金属离子、有机小分子等识别功能，对达到对金属离子的吸附与富集，对有机污染物的吸附与分离的作用，实现分离、捕集不同的客体分子或金属离子，可以用于重金属离子的去除，或贵金属、稀土金属的富集等方面，有望在废水处理、分离等技术上有所应用。本发明方法工艺简单，操作简便，制备条件易控，易于工业化生产。