9月30日
芳纶纳米纤维(ANF)的“自下而上”制备方法是区别于传统“自上而下”剥离工艺的新型ANF制备技术,该方法无需以芳纶纤维为原料,而是以芳纶聚合单体为前驱体,通过调控聚合反应、分子组装与结晶成型过程,从分子层面构建ANF。该方法的核心优势在于可精准调控纤维直径、长径比、结晶度及微观形貌,制备的ANF结构均匀、缺陷少、力学性能优异。但该工艺也存在操作复杂、制备成本高、量产难度大的难题,目前仍以实验室基础研究为主,工业化应用尚未成熟。接续上篇,本篇主要介绍“自下而上”法制备ANF的研究进展。
YAN等报道了一种“自下而上”合成ANF的方法,以甲氧基聚乙二醇(mPEG)为稳定剂和分散剂,通过聚合诱导自组装过程制备ANF。mPEG的引入可调控芳纶分子的聚集程度并稳定形成聚集体,驱动芳纶分子自组装形成纳米纤维。该方法所制备的ANF具有较高的长径比以及优异的热稳定性,50%分解温度高于500 ℃。与传统的静电纺丝等方法相比,该方法具有便捷、高效、步骤简单等优势。
TIAN等利用“自下而上”法制备了一种芳纶纳米纤维绝缘纸,在ANF制备方面,其采用了mPEG辅助聚合诱导自组装“自下而上”法,以N-甲基吡咯烷酮为溶剂、CaCl2为助剂,在0 ℃下实现对苯二胺与对苯二甲酰氯的低温缩聚,经高速剪切与水分散得到直径20 ~ 60 nm的高长径比纳米纤维。通过TEM、SEM表征发现,纤维形貌均匀、可稳定分散于水;热重分析显示其主链分解温度超540 ℃,耐热性优异;力学测试表明其抗张强度最高达67.8 MPa。这为高性能芳纶绝缘纸的制备提供了简易高效的路线。
TREXLER等报道了一种可规模化“自下而上”化学合成与静电纺丝制备氯取代ANF的方法,即通过合成氯取代聚对苯二甲酰对苯二胺(Cl-PPTA)制备纳米纤维。通过精确控制单体间的化学反应时间和温度,并优化聚合物在溶剂中的溶解条件,形成各向异性溶液并获得足够的缠结分子量,从而制备出分子量均匀分布的ANF。
参考文献
[1] YAN H C,LI J L,TIAN W T,et al.A new approach to the preparation of poly(p-phenylene terephthalamide)nanofibers[J]. RSC Advances,2016,6(32):26599-26605.
[2] TIAN W T,QIU T,SHI Y F,et al.The facile preparation of aramid insulation paper from the bottom-up nanofiber synthesis[J]. Materials Letters,2017,202:158-161.
[3] TREXLER M M,HOFFMAN C,SMITH D A,et al.Synthesis and mechanical properties of para-aramid nanofibers[J].Journal of Polymer Science Part B:Polymer Physics,2019,57(10): 563-573.
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