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聚苯乙烯(PS)静电纺丝配方参数

实验指南    2022-05-13 09:32

一、背景

聚苯乙烯(Polystyrene,缩写PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物。聚苯乙烯无色透明,能自由着色,相对密度也仅次于PP、PE,具有优异的电性能,特别是高频特性好。聚苯乙烯玻璃化温度80~90℃,熔融温度240℃,通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物,具有优良的绝热、绝缘和透明性,长期使用温度0~70℃,但脆,低温易开裂。

聚苯乙烯的结构式

聚苯乙烯纳米纤维的应用领域非常广泛,主要应用于过滤等领域。北京永康乐业科技发展有限公司专注于纳米纤维的制备与应用研究,其合作者产生一系列重要成果。Zheng等对比了两种不同相对分子质量的聚苯乙烯的静电纺丝纤维膜,发现高分子量的PS可以在较低浓度(5%-10%)下可得到珠链状或均匀的纤维;而低分子量的PS在20%的浓度下也只能获得微球结构[1]。Lu等[3]以0.5%BMIPF6作为PS电纺溶液的添加剂,制得了具有树枝状分支结构的PS/BMIPF6纤维膜,有效增加了纤维膜表面的粗糙度,具有了自清洁特性[2]。苏州大学Jiang等由聚苯乙烯溶液静电纺丝、磺化制得了纳米级聚合物阳离子交换纤维(PNIE),这种聚苯乙烯纳米纤维的离子交换能力强、交换速度快[3]。

二、纳米纤维的制备

2.1 仪器和试剂

    仪器:SS-2535型静电纺丝装置 (北京永康乐业科技发展有限公司);磁力搅拌器 ;电 子天平;扫描电镜。

    试剂:聚苯乙烯 (PS,北京永康乐业科技发展有限公司);DMF(市售,分析纯);

2.2 聚苯乙烯 纳米纤维膜的制备

使用北京永康乐业科技发展有限公司SS-3535静电纺丝装置制备纳米纤维膜,原料采用聚苯乙烯(Mw=190000)可纺聚合物,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂。将一定量的PS溶入DMF中,搅拌3h并陈化12h后得到质量分数为10%的纺丝液;将纺丝液放入SS-2535型静电纺丝机推注装置中,调整纺丝工艺参数(纺丝电压,接收距离,推进速率)进行静电纺丝,纺丝完成后将所得纤维膜置于干燥箱中40℃干燥24h,即得到PS纳米纤维膜。

三、结构表征

    扫描电子显微镜广泛应用于对静电纺纤维表面形貌的观察。在实际的应用中能够有效地反映具有不同表面形貌的静电纺纤维,包括光滑表面、珠串结构、带状结构和粗糙表面等。

    扫描电子显微镜的试样制备可分为两种:对于导电性良好的试样,可以直接用于电镜观察且能够保持其原始形貌;对于不导电或导电性差的试样,则需要对试样表面进行喷金或喷碳处理后才能够用于电镜观察。在具体实验中,当要对试样进行高放大倍数和高分辨率观察时,需要喷金或碳厚度在10nm,而一般情况下厚度在10~30nm范围为宜。

     图1为不同纺丝电压下静电纺丝所得PS纤维膜的微观形貌,其中图(a)、(c)对应的纺丝电压分别为1、20kV,右上角插图为孔隙尺寸分布。

Fig. 1 不同纺丝电压下静电纺丝所得PS纤维膜的微观形貌和孔隙尺寸分布

参考文献

[1]Zheng J,He A,Li J,Xu J,et al.Polymer,2006,47(20):7095-7102.

[2]Lu X,Zhou J,Zhao Y,Qiu Y,et al.Chemistry of Materials,2008,20(10):3420-3424.

[3]蒋孝山,,高强,朱新生.国外丝绸,2008,1:1-2.