辐射改性制备荧光聚乙烯/聚丙烯无纺布及其应用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张明星 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 吴国忠 |
| 关键词 | 聚乙烯/聚丙烯无纺布 辐射接枝聚合 荧光 聚集诱导发光 氨气检测 |
| 英文摘要 | 传统荧光纤维的制备过程主要为物理工艺,如熔融纺丝、溶液纺丝、静电纺丝和表面涂覆等。制备工艺中,荧光剂与聚合物基材仅通过物理作用相结合,这直接导致所制备的纤维存在内在的缺陷,包括较弱的发光强度、较低的荧光量子产率和较差的荧光稳定性等。因此,开发一种新的荧光纤维制备工艺,其中荧光剂是以共价连接的方式负载到聚合物基材上,并且制备过程能满足工业化生产,这是亟待需求的。辐射接枝技术作为一门先进的改性技术,不仅能将功能基团以共价连接的方式接到聚合物基材上,还能大规模地实现聚合物基材改性。目前,利用辐射接枝技术已经制备许多具有不同功能的材料,但在荧光纤维制备方面尚未研究。在传统的合成纤维材料中,聚乙烯/聚丙烯无纺布(PE/PP NWF)是一种制备工艺简单的商业化纤维制品,具有优异的柔韧性、透气性能、热稳定性能、力学性能和化学稳定性能。然而,具有特定功能化的PE/PP NWF研究很少。因此,本论文中,采用辐射接枝技术,将不同性能的荧光剂以共价连接的方式负载到聚乙烯/聚丙烯无纺布上,制备一系列具有优异荧光性能的功能化无纺布,并研究其应用。研究内容主要包括如下四个方面:(1)聚集诱导发光(AIE)化合物的发现,改善经典荧光芳香化合物的不足,极大拓宽荧光化合物在浓溶液或固态材料中的应用。本章节中,采用电子束预辐射接枝聚合技术和后续的化学修饰相结合,在PE/PP NWF上引入具有AIE效应的四苯乙烯(TPE)单元,制备AIE基荧光无纺布(PE/PP NWF-TPE)。研究并得出聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)链段接枝过程的最佳条件为:100 k Gy的吸收剂量、65℃的反应温度和1 h的反应时间。PE/PP NWF-TPE在365 nm紫外光激发下发出绿色荧光,荧光发光中心为TPE单元,且荧光强度随着TPE单元负载量的增加而增强,体现了AIE效应。荧光量子产率约为13.26%,荧光寿命约为9.2μs。此外,PE/PP NWF-TPE在加速洗涤20次、12 M HCl或Na OH溶液浸泡三天后依旧发出荧光,具有优异的荧光稳定性。(2)相比于芳香类荧光剂,非共轭型荧光化合物具有低毒性、生物相容性等优点。为了制备环境友好的荧光无纺布,本章节中,在PE/PP NWF上引入非共轭的五乙烯六胺(PEHA)单元,制备非共轭基荧光无纺布(PE/PP NWF-PEHA)。PE/PP NWF-PEHA在365 nm紫外光照射下,发出蓝色荧光,且具有优异的荧光性能,包括较强的荧光强度、高的荧光量子产率(～83.35%)和优异的荧光稳定性。PE/PP NWF-PEHA也具有优异的染色性能,且染色后依旧发出荧光。PE/PP NWF-PEHA具有可裁性,且采用该制备技术能实现原位定制高分辨率的荧光图案。该制备技术具有普适性,对基材和形状要求不高,又分别制备荧光尼龙66纤维和PET薄膜。(3)经典的荧光芳香化合物具有聚集荧光猝灭(ACQ)效应,限制其在浓溶液或固态材料中的应用。本章节中,合理利用ACQ效应,制备荧光性能可调的荧光无纺布。在PE/PP NWF上引入具有ACQ效应的芘(Py)单元,制备一系列芘基荧光无纺布(PE/PP NWF-Py)。芘单元的负载量随胺化反应时间的增加而增加,并且对PE/PP NWF-Py的微观形貌和热稳定性产生重要影响。荧光发光中心为芘单元。随着胺化反应时间延长,PE/PP NWF-Py发出的荧光颜色由蓝色逐渐变成绿色。PE/PP NWF-Py的荧光性能也可以通过胺化反应时间调控,包括荧光强度、荧光量子产率和荧光寿命等。PE/PP NWF-Py也具有优异的荧光稳定性,在加速洗涤20次、常见有机溶剂、12 M HCl或Na OH溶液浸泡三天后荧光依旧保持。此外,通过简单的荧光响应测试,PE/PP NWF-Py也可用于常见单环芳烃化合物的区分。(4)氨气作为一种有毒气体,对生态环境和人类健康构成严重威胁。高效、可视化的氨气检测仍具有一定的挑战性。本章节中,在PE/PP NWF上引入芘(Py)单元和磺酸基团,制备芘基/磺酸基荧光无纺布(PE/PP NWF-Py/SO_3H)。PE/PP NWF-Py/SO_3H具有两个荧光发光区域,分别在蓝光区域和红光区域,造成其在365-nm的紫外灯下发出紫色荧光。PE/PP NWF-Py/SO_3H也具有较高的荧光量子产率(32.65%)和较长的荧光寿命(45.2μs)。此外,芘单元和磺酸基团的协同作用,促进PE/PP NWF-Py/SO_3H对氨气具有快速、专一的荧光响应性能,且对氨气的检测下限约为0.6 ppm。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33881]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张明星. 辐射改性制备荧光聚乙烯/聚丙烯无纺布及其应用研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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