[发明专利]一种动态聚合物的静电纺丝方法及其所制备的纳米纤维

说明书

本发明提供一种动态聚合物的静电纺丝方法及其所制备的纳米纤维。本发明采用对苯二甲醛单体和室温下可与之反应的二胺单体，选择合适的溶剂和单体浓度，直接以混合单体形成的寡聚物溶液作为静电纺丝液，调节纺丝参数，获得聚亚胺纳米纤维。本发明的方法简单环保，可制备长度可控且连续的纳米纤维。为其它动态聚合物以静电纺丝技术制备纳米纤维提供了可参照的方法。具动态特性的纳米纤维及其复合材料将可用于传感器、选择性膜、柔性可穿戴器件、仿生生物和医疗器件等多功能化智能材料。本发明不但丰富了静电纺丝的原材料种类，还扩大具有新型功能的静电纺丝纳米纤维的种类，并扩展动态聚合物和纳米纤维材料两者在更多新兴创新领域中的应用。

技术领域

本发明属于聚合物静电纺丝技术领域，具体涉及通过静电纺丝技术制备动态聚合物的纳米纤维。

背景技术

静电纺丝技术可直接、连续制备多种结构和形貌的聚合物纳米纤维，其设备简单易得、通用性高、环境友好，已成为制备聚合物纳米纤维的主要方法之一。与通过其它方法制备的聚合物纳米纤维相比，静电纺丝法制备的聚合物纳米纤维的原材料多样化，并具有长度、直径和结构可调控性强、连续性好、产率高，以及在应用中容易组装和加工等优势。静电纺丝法制备的聚合物纳米纤维还具有孔隙率和表面能高、表面积和长径比大等特点，形成了独特的电、光、热和机械性能。静电纺丝法制备的聚合物纳米纤维可广泛应用于智能材料、环境和资源净化、催化、能源的收集储存和转换、光学和电化学、生物医学和增强复合材料等多种新兴高科技领域。

动态聚合物是由动态共价键相互键接形成的一类聚合物，其中的动态共价键具有在平衡条件控制时可逆的形成和断裂的特性。通过不同的动态共价反应将各种动态共价键引入不同的聚合物中，动态共价键在分子水平上固有的动力学性质就会转化为聚合物的宏观性能，动态共价键对聚合物的松弛行为和力学响应的控制，使动态聚合物材料具有了动态特性，这种动态特性包括对物理和化学环境的刺激响应性、环境适应性、可锻塑性、本征的自修复性和可完全回收性等。[DOI:10.1021/acs.chemrev.5b00168.Chemical Reviews,2016,116,809-834.Yan Zhang,Mihail Barboiu]聚亚胺就是由亚胺动态共价键形成的一种典型的动态聚合物。

目前，制备动态聚合物纳米纤维的已有方法仅限于自组装法和溶剂热法，这些方法都是在空间受限的容器内的溶液中进行反应，因而无法直接得到长度可控且连续的纳米纤维。静电纺丝技术的优势在于，采用合适的纤维收集器时，可以在室温下直接且大规模制备可控长度而且连续的纳米纤维。但是，还没有专门通过静电纺丝方法针对这种新型的动态聚合物纳米纤维的制备、性能与应用等的研究报道。[Chemical Reviews,2019,119(8),5298-5415.Xue J,Wu T,Dai Y,et al.]其原因在于，动态聚合物的聚合度较高时一般难以溶解，而且动态聚合物在其良溶剂中容易发生动态交换反应，使聚合度发生变化，形成的溶液难以达到适合于静电纺丝的粘度，这导致动态聚合物很难通过普通聚合物静电纺丝的常用方法制备纳米纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态聚合物聚亚胺的静电纺丝方法，并获得长度可控且连续的聚亚胺纳米纤维。

本发明提供的聚亚胺静电纺丝方法的整体构思是，首先采用适当的二醛单体与二胺单体，同时选择合适的溶剂和单体浓度，室温下制备聚亚胺寡聚物的溶液，再直接以此聚亚胺的寡聚物溶液作为静电纺丝液，在适当的静电纺丝条件下，最终制备不同化学组成的聚亚胺纳米纤维。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供了一种动态聚合物聚亚胺的静电纺丝方法及其所制备的纳米纤维，包括如下步骤：

(1)制备聚亚胺寡聚物的静电纺丝液。采用含有苯环的二醛单体，选择合适的溶剂，配制合适浓度的二醛单体的溶液，在室温下，加入可与之反应的二胺单体，溶液中二醛单体和二胺单体具有相等的摩尔量，反应后形成不同浓度的聚亚胺寡聚物的溶液，直接作为静电纺丝液。