微流控制备聚集诱导发光芳纶纤维的研究

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荧光纤维作为一种功能性纤维被广泛应用于防伪、装饰等领域,但目前的荧光纤维多以聚乙烯醇、丙纶、涤纶等纤维为基体,关于制备荧光芳纶纤维的报道甚少,而芳纶纤维作为一种高性能纤维在工业滤材、防护服领域发挥着巨大作用。因此,研究制备荧光芳纶纤维有望拓展其在防伪安全、军事、装饰等方面的应用。本课题选取间位芳纶(PMIA)为基底材料,选用EtOxPy、EtAmPy、HPNC和HPPC四种具有聚集诱导发光(AIE)效应的化合物为荧光染料,通过微流控纺丝技术制备出具有不同荧光颜色的PMIA纤维,并探讨其荧光、机械等性能。分别以EtOxPy-PMIA和EtAmPy-PMIA共混溶液作为内相溶液,N,N’-2二甲基乙酰胺(DMAc)和水不同体积比的溶液作为外相溶液,使用微流控纺丝技术制备出EtOxPy-PMIA和EtAmPy-PMIA两种荧光芳纶纤维,具体研究微流控内相和外相溶液流速、外相溶液中DMAc和水的比例、外相溶液中CaC12的浓度对纤维结构、形貌以及性能的影响,研究表明:EtOxPy-PMIA和EtAmPy-PMIA纤维均具有优异而持久的荧光性能。通过改变不同的纺丝参数,纤维的内部结构可呈现多孔型或实心型,纤维的直径可在21.1μm到52.1 μm内调节,其机械性能也均有不同程度的改变。基于1-萘甲醛和1-芘甲醛为原料,设计合成了萘的衍生物HPNC和芘的衍生物HPPC,紫外分析光谱研究表明HPNC和HPPC的吸收峰分别是由分子中萘环和芘环主导的。聚集诱导发光研究表明两种化合物均具有典型的AIE特性,具有优异的固态发光性能,其固态发光的机理均是由于分子内旋转受阻而发生了辐射跃迁,导致聚集态量子产率增大,荧光增强。以共混有HPNC和HPPC粉末的PMIA溶液作为内相溶液,DMAc和水的溶液作为外相溶液,使用微流控纺丝技术分别制备出HPNC-PMIA和HPPC-PMIA纤维,将纤维进行不同倍数的拉伸,通过扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜观察纤维的微观形貌,并测量其拉伸后机械强度和荧光强度的变化,研究结果表明:纤维的形貌、机械性能和荧光性能随着拉伸倍数的变化而变化,并且在六个月后纤维的荧光强度分别达到原始荧光强度的63.4%和74.4%,可以实现荧光特性的长期使用。
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