本发明专利技术公开了一种聚合物纳米纤维及其功能化和杂化材料与它们的制备方法与应用。该聚合物纳米纤维，为下述两种结构中的任意一种：由核芯层和包围所述核芯层的壳层组成或只由壳层组成；构成所述核芯层的材料与构成所述壳层的材料相同或不同；所述聚合物纳米纤维的直径为10纳米～10微米，长度为500纳米～50毫米。本发明专利技术通过一种新方法实现了简便批量制备聚合物纳米管或纳米线。这种非传统简捷的方法可以用来大规模低成本制备聚合物纳米管或纳米纤维。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物纳米纤维及其功能化/杂化材料，以及它们的制备方法与应用。
技术介绍
有机聚合物一维纳米材料由于其巨大的比表面积和多变的功能可调节性，在很多方面如有机溶剂吸附、高效离子交换、功能化模板或载体等方面有众多潜在应用(R. Dersch, M. Steinhart, U. Boudriot, A. Greiner, J. H. Wendorff, Polym. Adv.Technol. 2005,16, 276-282)。但目前制备方法多局限于静电纺丝(D. Li, Y, Xia, Adv.Mater. 2004, 16,1151-1170 ;Α· Greiner, J. H. Wendorff, Angew. Chem. Int. Ed. 2007,46,5670-5703)或模板法(M. Steinhart, J. H. Wendorff, A.Greiner, R. B. ffehrspohn, K. Nielsch, J. Schilling, J. Choi, U. Gosele, Science 2002，296，1997)以及自组装法(H. Fenniri,B. Deng,A. E. Ribbe,K. Hallenga,J. Jacob,P. Thiyagarajan,Proc. Natl. Acad.Sci. U. S. A. 2002,99,6487-6492 ；T. Shimizu, M. Masuda, H. Minamikawa, Chem. Rev. 2005,105，1401-1444)等。由于其成本高和产量有限以及耐溶剂或热、机械性能差等，其应用受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供聚合物纳米纤维及其功能化和杂化材料与它们的制备方法与应用。本专利技术提供的聚合物纳米纤维，为下述两种结构中的任意一种由核芯层和包围所述核芯层的壳层组成或只由壳层组成；构成所述核芯层的材料与构成所述壳层的材料相同或不同；所述聚合物纳米纤维的直径为10纳米 10微米，长度为500纳米 50毫米。上述聚合物纳米纤维中，直径优选为50 500纳米，长度为500纳米 10毫米。该聚合物纳米纤维是空心、实心或空心-实心交替(类似竹节状和蝌蚪状)的结构，该纳米纤维的壳层中，功能基团、有机化合物和功能物质为梯度分布或形成互穿网络结构。本专利技术提供的制备上述聚合物纳米纤维的方法，为下述方法一或方法二，其中，所述方法一包括如下步骤将单体和引发剂于溶剂中进行聚合反应，反应完毕得到所述聚合物纳米纤维；所述方法二包括如下步骤将所述引发剂溶于极性溶剂中得到引发剂的极性溶液，将所述单体溶于非极性溶剂中得到单体的非极性溶液后，再将所述引发剂的极性溶液与所述单体的非极性溶液混匀进行反应，反应完毕得到所述聚合物纳米纤维；所述方法一和方法二中，所述单体均选自阳离子聚合单体、阴离子聚合单体、自由基聚合单体和溶胶凝胶反应单体中的至少一种；所述引发剂均选自自由基引发剂、阳离子引发剂、阴离子引发剂和溶剂凝胶反应催化剂中的至少一种，所述引发剂的粒径为10纳米 10微米，优选50 500纳米。所述方法一和方法二中，所述阳离子聚合单体均选自苯乙烯、甲基苯乙烯、Ct -甲基苯乙烯、ρ-甲基苯乙烯、ρ-甲氧基苯乙烯、二乙烯基苯(DVB)、丁二烯、异戊二烯、异丁烯、3-甲基-I- 丁烯、4-甲基-I-戊烯、烷基乙烯基醚、氯甲基苯乙烯(或称苄基氯苯乙烯，VBC,)、溴甲基苯乙烯、碘甲基苯乙烯、卤代苯乙烯、氧杂环丁烷衍生物、四氢 呋喃、三氧六环、甲醛、环氧烷烃、环氧基偶联剂和硫化乙烯中的至少一种；其中，所述烷基乙烯基醚为异丁基乙烯基醚、甲基乙烯基醚或二乙烯基醚；所述卤代苯乙烯为P-氯代苯乙烯、对氯甲基苯乙烯或4-溴代苯乙烯；所述氧杂环丁烷衍生物为丁氧环或3，3' -二(氯亚甲基)丁氧环；所述环氧烷烃为环氧乙烷或环氧丙烷；所述环氧基偶联剂为环氧硅烷偶联剂或环氧钛酸酯偶联剂；所述阴离子聚合单体均选自α-甲基苯乙烯、苯乙烯、丁二烯、异戊二烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基乙烯酮、硝基乙烯、亚甲基丙二酸二乙酯、α -氰基丙烯酸酯、α -氰基-2，4-己二烯酸乙酯、偏二氰基乙烯、甲醛、环氧乙烷、环氧烷烃、硫化乙烯和己内酰胺中的至少一种；所述自由基聚合单体均为乙烯基单体；所述乙烯基单体选自二乙烯基苯(DVB)、苯乙烯、丙烯腈、丙烯酰胺和醋酸乙烯酯中的至少一种；所述溶胶凝胶反应单体均为水解化合物；所述水解化合物选自硅酸酯、钛酸酯、卤化锡、三氯甲基硅烷、四氯硅烷、三氯化钛和四氯化钛中的至少一种；所述自由基引发剂均选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、由过硫酸铵或双氧水与氯化亚铁组成的混合物(摩尔比1-2 2-1，优选I ;1)、由高锰酸钾与草酸组成的混合物、硝酸铈铵与乙醇组成的混合物(摩尔比1-2 2-1，优选I : I)、由过氧化二苯甲酰和N，N 二甲基苯胺组成的混合物、由过氧化二苯甲酰和萘酸亚铜组成的混合物和由过氧化二苯甲酰和三乙基铝组成的混合物中的至少一种；所述阳离子引发剂均选自质子酸、Lewis酸和碘中的至少一种；其中，所述质子酸选自浓硫酸、磷酸、高氯酸和三氯代乙酸中的至少一种；所述Lewis酸选自BF3、三氟化硼乙醚络合物、三氟化硼四氢呋喃络合物、三氟化硼甲醇络合物、三氟化硼乙酸络合物、三氟化硼乙胺络合物、八1(13、11(14和SnCl4中的至少一种；所述阴离子引发剂均选自碱金属、有机金属化合物或三级胺；其中，所述碱金属选自钠和钾中的至少一种，所述有机金属化合物选自金属氨基化合物、金属烷基化合物和格利雅试剂中的至少一种；所述三级胺选自三甲胺、三乙胺和吡啶中的至少一种；其中，所述金属氨基化合物优选NaNH2或KNH2-液氨体系(该KNH2-液氨体系中，KNH2和液氨的质量比为I : 10-1 1000，优选I : 50-1 500)，所述金属烷基化合物优选丁基锂、乙基钠或苯基异丙基钾；所述格利雅试剂通式为RMgX (R-碳原子总数为1-8的烷烃基、苯基或苄基，X为卤素)，如苄基氯化镁；所述溶胶凝胶反应催化剂均为酸或碱；其中，所述酸选自盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种；所述碱选自氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；所述氨水的质量百分浓度1-28%，优选 5-20% ；所述方法一中，所述溶剂选自碳原子总数为5-10的烷烃、环己烷、卤代烷、石油醚、汽油和液体石蜡中的至少一种，优选正戊烷、正己烷和正庚烷中的至少一种；所述引发剂和所述溶剂的质量比为O. 001-10 100，优选O. 02-2 100 ;所述单体和所述溶剂的质量比为O. 0001-50 100，优选O. 05-10 100 ;所述聚合反应步骤中，温度为-60°C 100°c，优选-20°c 60°C，时间为5秒钟 12小时，优选10秒钟 15分钟；所述方法二中，所述非极性溶剂选自碳原子总数为5-10的烷烃、环己烷、石油醚、汽油和液体石蜡中的至少一种，优选正戊烷、正己烷和正庚烷中的至少一种；所述极性溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N, N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和水中的至少一种；所述引发剂和所述极性溶剂的质量比为O. 001-10 100本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物纳米纤维，为下述两种结构中的任意一种：由核芯层和包围所述核芯层的壳层组成或只由壳层组成；构成所述核芯层的材料与构成所述壳层的材料相同或不同；所述聚合物纳米纤维的直径为10纳米～10微米，长度为500纳米～50毫米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨振忠，倪伟，梁福鑫，刘继广，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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