一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法技术

一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，属于荧光纺丝技术领域。利用静电纺丝技术，分别在同轴纺丝针头内外通道中加入含有不同荧光物质的聚合物纺丝液，通过控制荧光物质的含量及纺丝环境的湿度，可以制备得到具有同轴多孔结构的柔性荧光纳米纤维膜。为了制备白色荧光纳米纤维膜，本发明专利技术就荧光物质的选择与含量调控进行了探索，通过利用白色荧光发射的供体‑受体能量转移机理，借助同轴结构的空间隔离性与多孔结构的大比表面积，并进一步调控两种荧光物质的配比，可以得到高效发射白色荧光的纳米纤维膜。本发明专利技术涉及到的实验操作简单，制备得到的同轴多孔结构白色荧光纳米纤维膜具有可弯折、可卷曲和可裁剪的特性，具有较强应用性。

Preparation of a white fluorescent flexible coaxial porous nanofiber membrane

The invention relates to a preparation method of a white fluorescent flexible coaxial porous nanofiber membrane, which belongs to the field of fluorescent spinning technology. The polymer spinning solution containing different fluorescent substances was added into the inner and outer channel of the coaxial spinning needle by electrostatic spinning technology. By controlling the content of the fluorescent material and the humidity of the spinning environment, a flexible fluorescent nanofiber film with a coaxial porous structure could be prepared. In order to prepare the white fluorescent nanofiber film, the invention has explored the selection and regulation of the fluorescent substance. By using the energy transfer mechanism of the donor receptor of the white fluorescence, the space isolation of the coaxial structure and the large specific surface area of the porous structure are used, and the ratio of the two kinds of fluorescent substances is regulated in a step. Highly effective white fluorescent nanofiber membranes can be obtained. The experimental operation of the invention is simple, and the prepared white fluorescent nanofiber film with coaxial porous structure has the characteristics of flexural, curable and clipping, and has strong application.

【技术实现步骤摘要】
一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法
本专利技术涉及多孔同轴结构纳米纤维膜的制备及纳米纤维荧光颜色的调控，是利用同轴静电纺丝技术来制备一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的方法，属于荧光纺丝

技术介绍
荧光，是指一种光致发光的冷发光现象。当紫外光或波长较短的可见光照射到某些物质时，物质中的电子吸收能量，从基态跃迁至高能级，由于电子在高能级处于不稳定状态，很快就会从高能级跃迁至低能级，从而释放出能量并发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当光源停止照射时，这种光线随之消失，这种在激发光诱导下产生的光称为荧光，能发出荧光的物质称为荧光物质。荧光产生需具备两个必要条件:一是该物质的分子结构中必须具有能吸收激发光的结构，通常是共轭双键结构；二是该物质必须具有一定程度的荧光效率(荧光物质吸光后所发射的荧光量子数与吸收的激发光的量子数的比值)。常见的荧光化合物分子都含有发射荧光的基团(如：＝C＝O、-N＝N-、-CH＝N-)和能使吸收波长改变并伴随荧光增强的助色团(如：-NH2、-NHR、-OR)。白色荧光材料近年来引起了广泛的关注，因为它在平板显示、固态照明和全彩色显示屏等背光源领域具有广阔的应用前景，特别是任何应用中所需的荧光颜色，都可以通过过滤白光的方式间接获得。为了实现白光的发射，荧光发射光谱应该宽到足以覆盖整个可见光区域，而通过单个荧光分子很难实现白光的发射。供体-受体能量转移复合体系因其较高的发光效率，已成为实现白光发射的普遍途径。该复合体系通过不同基色的配合来实现白光的发射，通常有两种组成模式：红、绿、蓝三原色的荧光分子或者至少两种互补色比如橙、蓝色的荧光分子。在大多数的供体-受体能量转移复合体系里面，荧光发射主要存在着两种方式：一是供体荧光分子吸收外部提供的激发光的能量，完成自身的荧光发射；二是供体荧光分子将吸收的部分能量转移给受体荧光分子，受体分子吸收到能量用于自身荧光发射，最终复合体系的荧光颜色取决于两者的叠加效应。采用上述供体-受体能量转移复合体系同时实现较高的发光效率和优良的白光纯度还存在一定的问题。主要原因在于：(1)短波发射的能量给受体发光材料受浓度淬灭的影响，常常无法体现很高的荧光效率；(2)为了获得良好的白光，荧光物质掺杂浓度必须控制很窄的范围，给材料的制备带来很大难度，而且获得白光时的掺杂浓度常常不是具有最高荧光效率的浓度；(3)荧光效率除受掺杂浓度影响外，对于所处的主体环境很敏感，主体材料也有可能导致一定荧光淬灭；(4)若体系中的荧光分子之间的距离太近，从供体到受体两者之间的能量转移太强，导致很难实现可见光谱的完整获得，从而影响白光的制备。白光发射的实现，需要保证荧光物质之间有一定的空间隔离，避免共混时荧光共振能量转移导致荧光猝灭，只有当各自的发射峰都明显出现，且按一定强度比例搭配时才可以得到白色荧光。白光荧光柔性多孔纳米纤维膜的制备，需要合理调配荧光物质的含量，荧光分子之间需要进行一定的空间隔离。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。可用于纺丝的聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等。通常情况下大都是采用单针头的静电纺丝方法，然而采用这种单针头的静电纺丝技术，当直接混合多种荧光物质时，很容易导致荧光猝灭的现象，无法准确调配出白光，不能制备出理想的荧光纤维膜。采用传统的静电纺丝技术可直接制备具有多孔结构的纳米纤维，此方法中聚合物的溶剂普遍都具有高挥发性，在静电纺丝过程中，聚合物纤维从喷口飞向接收板时，溶剂的快速挥发使纤维表面温度快速下降，空气中的水汽凝结在纤维表面。随后聚合物纤维在电场中受电场力拉伸固化形成超细纤维，而纤维表面的水滴挥发后，纳米纤维表面便会留下多孔结构。同轴静电纺丝，它是在传统静电纺丝技术上发展起来的新方法，单步即可制备连续的核壳结构纳米纤维。纺丝时，将核层和壳层材料的纺丝液分别装在两个不同的注射器中，喷丝系统由两个同轴但是不同内径的针管组成，在高压电场作用下，外层纺丝液流出后与内层纺丝液汇合，固化前两种液体不会混合到一起。壳层纺丝液在高压场中拉伸，并在核层纺丝液交界面产生强大的剪切应力，使核层纺丝液在剪切应力作用下，沿着壳层同轴运动，同时拉伸变形并固化成为超细同轴复合纳米纤维。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种制备白色荧光柔性多孔纳米纤维膜的方法。所述技术方案如下：为达到上述目的，本专利技术提供了一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法。它是利用同轴静电纺丝的方法，以同轴针头作为喷丝头，即采用直径不同的两个空心针头同轴嵌套在一起作为喷丝头，采用静电纺丝设备进行纺丝，内层纺丝液从核层空心针头喷丝，外层纺丝液从壳层空心针头喷丝，内层纺丝液采用聚合物和荧光物质的有机溶液，外层纺丝液采用聚合物和荧光物质的有机溶液，调节纺丝参数，控制纺丝环境湿度，稳定持续的纺丝得到每根都具有同轴多孔结构的纳米纤维，利用同轴结构带来的空间隔离效应控制荧光能量转移，与多孔结构带来的大比表面积提高纤维有效发光面，最终实现纳米纤维荧光颜色的调控与白色荧光的高效发射。内层纺丝液采用的聚合物称为内聚合物，采用的是可用于静电纺丝的聚合物，如选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)等，有机溶剂能够溶解内聚合物的溶剂(如：N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、己烷、氯仿)；外层纺丝液采用的聚合物称为外聚合物，采用的是可用于直接静电纺丝成多孔结构的聚合物，如选自聚乳酸(PLA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等，有机溶剂能够溶解外聚合物的且常温下极易挥发的有机溶剂如：二氯甲烷、氯仿。内层纺丝液和外层纺丝液中荧光物质为荧光强度高、荧光颜色纯度高的蓝、橙荧光物质，内层纺丝液和外层纺丝液中的荧光物质颜色不同，外层选择蓝荧光物质，内层选择橙荧光物质；进一步蓝色荧光物质如选自蒽衍生物、吖啶衍生物、聚芴类等，橙色荧光物质选自苝酰亚胺类等。荧光物质选用蓝色荧光物质1，8-萘二甲酸酐、橙色荧光物质料苝单二甲酰亚(二异丙基苯)胺。内层纺丝液的聚合物选自聚乳酸(PLA)与聚丙烯腈(PAN)中的一种。外层纺丝液的聚合物选自聚乳酸(PLA)，PLA纺丝液的所用的溶剂均选用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷，PAN纺丝液的所用的溶剂均选用二氯甲烷。纺丝液中聚合物的质量分数范围为5-10wt％，如5％wtPLA、10％wtPAN。所述的荧光物质与纺丝所用聚合物的质量比为(1-5):100，如3:100、1.5:100。本专利技术所述的制备柔性白光荧光纳米纤维膜的制备方法，包括如下操作步骤：(1)制备聚合物溶液：分别将内聚合物和外聚合物分别溶于各自有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到聚合物溶液；(2)制备内层纺丝液和外层纺丝液：称取一定量的荧光物质，分别加入到步骤(1)各自对应聚合物溶液中，搅拌至完全溶解，得到含荧光物质的纺丝溶液；(3)同轴静电纺丝设备准备：主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，利用同轴静电纺丝的方法，以同轴针头作为喷丝头，即采用直径不同的两个空心针头同轴嵌套在一起作为喷丝头，采用静电纺丝设备进行纺丝，内层纺丝液从核层空心针头喷丝，外层纺丝液从壳层空心针头喷丝，内层纺丝液采用聚合物和荧光物质的有机溶液，外层纺丝液采用聚合物和荧光物质的有机溶液，调节纺丝参数，控制纺丝环境湿度，稳定持续的纺丝得到每根都具有同轴多孔结构的纳米纤维，利用同轴结构带来的空间隔离效应控制荧光能量转移，与多孔结构带来的大比表面积提高纤维有效发光面，最终实现纳米纤维荧光颜色的调控与白色荧光的高效发射。

【技术特征摘要】
1.一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，利用同轴静电纺丝的方法，以同轴针头作为喷丝头，即采用直径不同的两个空心针头同轴嵌套在一起作为喷丝头，采用静电纺丝设备进行纺丝，内层纺丝液从核层空心针头喷丝，外层纺丝液从壳层空心针头喷丝，内层纺丝液采用聚合物和荧光物质的有机溶液，外层纺丝液采用聚合物和荧光物质的有机溶液，调节纺丝参数，控制纺丝环境湿度，稳定持续的纺丝得到每根都具有同轴多孔结构的纳米纤维，利用同轴结构带来的空间隔离效应控制荧光能量转移，与多孔结构带来的大比表面积提高纤维有效发光面，最终实现纳米纤维荧光颜色的调控与白色荧光的高效发射。2.按照权利要求1所述的一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，内层纺丝液采用的聚合物称为内聚合物，采用的是可用于静电纺丝的聚合物，有机溶剂为能够溶解内聚合物的溶剂；外层纺丝液采用的聚合物称为外聚合物，采用的是可用于直接静电纺丝成多孔结构的聚合物，有机溶剂能够溶解外聚合物且常温下极易挥发的有机溶剂。3.按照权利要求1所述的一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，内聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)等，外聚合物选自聚乳酸(PLA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等。4.按照权利要求2所述的一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，纺丝液采用的有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、己烷、氯仿等。5.按照权利要求1所述的一种白色荧光柔性同轴多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，内层纺丝液和外层纺丝液中的荧光物质颜色不同，内层纺丝液为橙色荧光物质，外层纺丝液为蓝色荧光物质。6.按照权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘凯，秦臻，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11