[发明专利]一种纳米纤维电活性聚合物材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米纤维电活性聚合物材料及其制备方法，更具体地说，是涉及一种以纤维素为原料的纳米纤维电活性聚合物材料及其制备方法，属于高分子材料领域。该方法包括以下过程：该方法首先将纤维素在真空下干燥24h，去除纤维素中的水分，再将其溶解于溶剂中配置成一定浓度的纺丝液，在纺丝液中加入一定量的活性惨杂剂，连续搅拌使其均匀分散，再通过静电纺丝设备在一定的工艺参数条件下进行静电纺丝，真空干燥后，对静电纺丝膜表面镀金属电极制得纳米纤维电活性聚合物材料。本发明制备方法过程简单，所制备的纳米纤维电活性聚合物材料具有高比表面积和优良的电活性性能，可作为一种新型的纳米纤维电活性聚合物材料。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种纳米纤维电活性材料及其制备方法。

背景技术

电活性聚合物，又被称为电刺激响应性聚合物材料，是一类能够在外电场诱导下，通过材料内部结构改变而产生多种形式的力学响应的材料。早在19世纪80年代，伦琴首次橡皮筋在电场中可以发生长度的改变。20世纪40年代末，人们首次发现了化学活性聚合物材料，如将胶原质纤维浸泡在酸或碱溶液中时可重复收缩和膨胀。1969年，研究发现聚偏氟乙烯材料具有较大的压电效应，人们开始把目光投向PVDF及其共聚物体系。随着电活性聚合物材料研究的不断深入和发展，其巨大的应用前景已呈现在人们面前。目前，电活性聚合物已经被开发的科学应用领域主要有：飞行器、机器人、传感器、医疗等。当前，电活性聚合材料的研究集中在合成类聚合物材料上，如聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯等。这些合成类聚合物材料需消耗大量的石油资源，而且废弃物会对环境造成破坏，制造成本也相对很高，极大地制约了电活性聚合物的大规模应用。纤维素是地球上分布最广、年产量最大的天然生物源高分子材料，是真正意义上的可持续、不可消耗的天然原料。早在上个世纪五十年代，人们就已经发现纤维素具有压电效应。后来又发现，植物纤维素中取向结晶部分表现出了较强的剪切压电效应，这使纤维素可以作为电子型电活性材料而得到应用。与传统的电活性材料相比，纤维素价格便宜，可以有效降低电活性材料产品的成本；纤维素是可降解材料，取自自然，归于自然，对环境没有损害，是环保、低碳型材料。静电纺丝是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物超细纤维的加工技术，平均直径范围一般在几微米至几十纳米之间，它被认为是制备纳米级聚合物连续长丝的最有效方法之一。本发明采用静电纺丝技术，先将纤维素溶解在溶剂中形成纺丝溶液，然后加入活性掺杂剂，再通过静电纺丝制备纳米纤维电活性聚合物材料。本发明方法制备工艺简单，制备的纳米纤维电活性聚合物材料具有比表面积大，电活性高的优点。

发明内容

本发明的目的是以纤维素为原料，采用静电纺丝技术，先将纤维素溶解在溶剂中形成纺丝溶液，然后加入活性掺杂剂，再通过静电纺丝制备纳米纤维电活性聚合物材料。通过调整静电纺丝参数，调控纳米纤维电活性聚合物材料的直径，使其具有高比表面积和优良的电活性性能，成为一种新型的纳米纤维电活性聚合物材料。

本发明采用下述技术方案实现。一种纳米纤维电活性聚合物材料及其制备方法，该方法首先将纤维素在真空下干燥24h，去除纤维素中的水分，再将其溶解于溶剂中配置成一定浓度的纺丝液，在纺丝液中加入一定量的活性惨杂剂，连续搅拌使其均匀分散，再通过静电纺丝设备在一定的工艺参数条件下进行静电纺丝，真空干燥后，对静电纺丝膜表面镀金属电极制得纳米纤维电活性聚合物材料。

该方法其特征在于包括以下过程：

(1)将分子量为100000～800000(数均分子量)的纤维素在真空下干燥24h，去除纤维素中的水分；

(2)将干燥后的纤维素溶于溶剂中配置成1％～10％(质量比)的溶液，真空过滤，得到纺丝液；(3)在纺丝液中加入一定量的掺杂剂，连续搅拌使其均匀分散，掺杂剂与纤维素的用量为0.01∶1～0.1∶1(质量比)；