聚苯胺对聚乳酸复合纳米纤维膜结构和性能影响的研究

发布时间：2020-10-19 19:51

　　 聚苯胺(Polyaniline,PANI)因其独特结构经质子酸掺杂可获良好的导电性,近年来成为导电高分子领域的研究热点。PANI是一种非常有前景的导电聚合物,但由于反应控制和加工能力差而使其使用有限。在过去十年间,PANI纳米纤维通过制造技术提高了加工能力和表面积,并且改善了在水溶液中分散的相容性和稳定性。采用静电纺丝技术制备的PANI纳米纤维,比表面积大,表面能及活性高,但可纺性较差,单独纺丝难以形成连续稳定的纳米纤维,通常需要加入其它聚合物进行共混纺丝。本论文利用静电纺丝技术制备了PANI掺杂的聚己内酯/聚乳酸(polycaprolactone/poly(lactic acid),PCL/PLA)复合纳米纤维膜。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)、示差扫描量热法(DSC)和X射线光电子能谱分析(XPS)对材料的形貌和结构进行了表征。结果表明,纤维直径随着纺丝溶液浓度增加而增大,随着电场强度增大而减小;随着掺杂的PANI含量增加,纤维平均直径从782 nm(PLA/PCL纳米纤维)减小到346 nm(3%PANI)。随着环境湿度增加,纤维表面孔数量增加。DSC测试结果可见PLA的熔融峰和冷却结晶峰,以及PCL的熔融峰及熔融结晶峰,PLA的熔融结晶峰不明显。电导率测试和XPS测试表明PANI/PCL/PLA纳米纤维中PANI为具有导电性的中间氧化态。通过苯胺单体(aniline,ANI)在PCL/PLA纤维表面原位聚合,形成PANI包覆的具有皮芯结构的纳米纤维膜,研究了聚合反应时间、苯胺单体含量、等离子处理等因素对纤维表面PANI包覆情况的影响。利用SEM、FTIR、XPS和四探针等测试手段对PCL/PLA@PANI的纤维结构和形貌进行了分析。结果表明,随着聚合反应时间的增加,PANI在纤维表面包覆的量逐渐增加。经等离子预处理再进行苯胺原位聚合,PANI在纤维表面包覆较为完全,且纤维表面经PANI包覆可提高PCL/PLA纤维膜的润湿性。聚合反应2 h时纤维膜的电导率可以达到1.18×10~(-3)S/cm。MTT测试表明,PANI包覆的纳米纤维膜具有较好的生物相容性。为了探讨多壁碳纳米管(MWCNTs)对纳米纤维膜导电性和纤维形貌的影响,我们制备了MWCNTs/PANI/PCL/PLA复合纳米纤维支架。通过SEM、XPS和四探针等测试手段对复合纳米纤维的形貌、结构和电学性能进行表征。SEM测试结果表明随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/PANI/PCL/PLA纤维表面沟槽结构减少;电导率测试结果表明电导率从1.40×10~(-5) S/cm(PANI/PCL/PLA纳米纤维膜)增加至2.32×10~(-5) S/cm(MWCNTs/PANI/PCL/PLA复合纳米纤维膜,MWCNTs添加量为2%);水接触角测试结果表明当MWCNTs的含量为2%时纤维膜润湿性最好。细胞增殖测试则表明,不同含量MWCNTs的复合纳米纤维组与PANI/PCL/PLA组及细胞培养板组相比,细胞在MWCNTs复合纳米纤维膜未显示出细胞毒性,随着培养时间的增加,细胞在不同含量的MWCNTs复合纳米纤维膜上能够很好的增殖,且细胞数量随着培养时间的增加而逐渐增加。但随着MWCNTs质量分数的增加,在复合纳米纤维膜上细胞吸附和增殖的数量的差异不明显。
【学位单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ340.64;TB383.2
【部分图文】：

胞增殖测试殖测试（MTT 分析法）对细胞在纤维膜上的增殖情况进行检测，具体6 mm 的纤维膜圆片置于 96 孔板中，75%的乙醇处理 4 h，紫外照射 2无菌的 PBS 漂洗 3 次。DMEM 浸泡过夜，用含有 10%胎小牛血清的纤维细胞（NIH-3T3）处理为细胞悬液，以每孔 5×103个细胞接种到100 μL。培养 1、4、7 天后，每孔加 MTT 溶液 20 μL，继续培养 4 h，0 μLDMSO，振荡 10 分钟，使结晶物充分溶解。选择 490 nm 波长，定各孔光吸收值，记录结果，以时间为横坐标，吸光值为纵坐标绘讨论电纺丝制备了 PNAI 掺杂的 PCL/PLA 复合纳米纤维，研究 PANI 对。I/PCL/PLA 复合纳米纤维膜的形貌分析：

从而形成的纤维具有褶皱的表面，且表面具有纵向的沟槽和凸结构。度对 PANI 复合纳米纤维膜的形貌影响对分子质量固定以后，聚合物溶液的浓度将会影响分子链在溶液聚合物溶液浓度的增加，分子链之间相互穿插交叠发生缠结，溶化[73]。图 2.2 中看出纤维直径随着溶液浓度增大而增大，其原因力拉伸时，随着溶液浓度增加，溶液分子链高度缠结且受力拉伸成纤维直径较大。反之，如果分子链没有有效的缠结或者缠结度不能有效抵抗外力的作用而发生断裂；同时，由于聚合物自身的，导致了分子链聚集在一起最终形成聚合物珠粒。为了得到直径形貌的纳米纤维，选择 8%的浓度作为后续实验的纺丝浓度。

射流的半径将会减少，最终将导致纤维的直径随着电场强度的增加而逐渐减少，如图2.3 所示。如果聚合物溶液的浓度和黏度较低，聚合物分子链在电场中取向拉伸时，就会断裂收缩从而形成聚合物珠粒[75,76]。2.3.4 湿度对 PANI 复合纳米纤维的形貌影响在静电纺丝的环境下，溶液射流周围的介质均为空气，随着射流表面的溶剂挥发，其内部溶剂由中心向表面扩散，表面溶剂的挥发速度与内部溶剂的扩散速度之间的竞争在一定程度上能够影响纤维形态[77]。如果湿度与溶剂的相容性好，增大环境湿度，会抑制射流中溶剂的挥发，使射流过程中纤维固化的速度减缓；反之，降低环境湿度溶剂加快挥发，溶液在射流的过程中纤维的固化加快[39,78]。如图 2.4（c）、（d）所示，纤维直径随着环境湿度增加而增大，纤维表面孔的数量也随着环境湿度的增加而增多。产生上述现象的原因可能是随着环境湿度的增加，射流中溶剂从周围介质中吸收了水分，从而增加了射流的电导率，致使其飞行速度加快。同时又由于溶剂的挥发，射流来不及充分拉伸就固化成纤维，因此纤维直径有变大的趋势。
【参考文献】

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本文编号：2847648