[发明专利]一种制备壳层为聚苯胺的电纺丝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备含聚苯胺电纺丝的方法，具体地说是一种制备壳层为聚苯胺的核壳结构电纺丝的方法。

背景技术

聚苯胺是一种发展历史悠久的导电聚合物。他具有很多优异的特性，例如导电性，热稳定性，易聚合性，掺杂可逆性以及表面官能团化学作用多样性等（《当代化工》2011年，第40卷，第1期,66页;Journal of Separation Science,2008,31,35653572）。

但聚苯胺的分子结构有着很强的共轭性以及很大的刚性，使得其溶解性和可加工性极差，极大地限制了它的实用化进程，改性聚苯胺成为目前研究的热点。为了增加他的溶解能力人们发展了很多办法，例如采用高温的浓硫酸对其进行溶解（Materials Science and Engineering B,2008,150,7076）；采用有机大分子酸（例如磺基水杨酸，樟脑磺酸等）对聚苯胺进行掺杂以增加聚苯胺在有机溶剂中的溶解度（《当代化工》2011年，第40卷，第1期,66页;Macromolecules2012,45,42384246）等。

而近几年来，随着静电纺丝技术的发展，采用这种方式制作纳米尺度的聚苯胺材料也成为了人们研究的方向。但静电纺丝对聚合物溶解的浓度以及溶解用的溶剂都有着苛刻要求，聚合物必须具有较高浓度以使聚合物溶液维持较大粘度，同时溶剂必须具有较低沸点才能进行电纺，使得本身就很难溶解的聚苯胺更难进行静电纺丝。目前采用的办法主要有采用高温的浓硫酸对其进行溶解再进行电纺（Synthetic metals,2001,119,27;Materials Science and Engineering B,2008,150,7076），或将其与其它可纺性强的聚合物混合溶解于较低沸点的有机溶剂中进行电纺（Synthetic Metals，2000，114，10911；Synthetic Metals，2004，140，269272；Macromol.Rapid Commun.，2005,26,11271132）。这些方法虽然能够得到含有聚苯胺的电纺丝，但是混合溶液在静电纺丝的固化分相过程通常是无序的，大多数情况下都得到在电纺丝中分散不连续的聚苯胺，极大的降低了聚苯胺的电导率以及其它化学性能（Macromol.Rapid Commun.,2005,26,11271132）。有人（Macromol.Rapid Commun.,2005,26,11271132）通过电纺过程中的自然分相得到了以聚苯胺为核、聚苯乙烯为壳层的核壳结构电纺丝，但是由于聚苯胺被包埋在聚苯乙烯里面使得其导电性比无序分散的聚苯胺电纺丝还差。同轴电纺是可以直接纺出核壳结构电纺丝的方法，但是其要求壳层溶液的黏度要大，可纺能力要强，而聚苯胺低的溶解度和低的分子量使得他难以直接作为同轴电纺的壳层。

发明内容

为解决上述聚苯胺静电纺丝的问题，本发明提供了一种制备壳层为聚苯胺的电纺丝的方法，采用同轴喷嘴进行静电纺丝，其特征在于：同轴喷嘴的壳层溶液为聚苯胺与水溶性聚合物的混合溶液；同轴喷嘴的核层溶液为一种非水溶性聚合物溶液；静电纺丝得到的材料在水溶液中浸泡除去壳层中的水溶性聚合物，获得以非水溶性聚合物为芯、芯外表面包裹的壳层为聚苯胺的电纺丝。

所述同轴喷嘴为由两根同轴毛细管构成的套管式喷丝头，内外层毛细管间的空隙为壳层，内层毛细管的内部空腔为核层。

所述聚苯胺为本征态聚苯胺或掺杂了有机大分子酸的掺杂态聚苯胺；所述聚苯胺在壳层溶液中的质量浓度为0.5%-5%。

所述水溶性聚合物为分子量大于10000的水溶性聚合物；所述水溶性聚合物在壳层溶液中的质量浓度为2%-25%。

聚苯胺与水溶性聚合物在壳层溶液中的质量浓度比在0.2-2之间，壳层溶液中两者质量浓度之和在5%-30%之间。

所述非水溶性聚合物溶液的质量浓度为5%-50%。

所述静电纺丝过程壳层溶液与核层溶液的流量比在0.5-2之间。

所述非水溶性聚合物为分子量大于10000，且在水中或含有助溶剂的水中的溶解度小于0.01g/100g的聚合物，例如聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯晴、尼龙、聚甲基丙烯酸酯、聚（ε-己内酯）中的一种或二种以上；

所述水溶性聚合物为分子量大于10000，且在纯水中或含有助溶剂的水中溶解度大于1g/100g水的聚合物，例如胶原蛋白、血清白蛋白、玉米蛋白、聚乙二醇、壳聚糖、聚乙烯醇中的一种或二种以上；