PAN掺杂罗丹明B制备荧光纳米复合纤维及其表征

付青，唐建国，刘海燕，丛龙壮

由于纳米材料具有特殊的性质，被公认为是“二十一世纪最有前途的材料”。一般我们把尺寸小于100 nm的材料称为纳米材料。纳米纤维是一种直径小于100 nm的材料，它属于一维纳米材料，通过不同的材料及工艺制备出来的纳米纤维具有不同的尺寸大小和功能性状。纳米复合纤维是一种新型的功能材料，它一般是由两种或两种以上不同性质的材料，通过纺丝工艺手段组合而成的复合纤维。在复合纤维中，一般有一组分为连续相，也就是纤维的基体，其他组分为分散相，也叫做增强材料。不同的基体以及不同的增强材料，制备出的纤维的形貌及其功能有很显著的差异[1]。

一般在纺织工业中制备的荧光纺织品是直接将荧光染料通过染色工艺上染到织物上，或是通过涂层的方法制备出荧光织物。本文通过将荧光染料直接掺杂到纺丝液中，在通过不同的纺丝工艺制备荧光纤维。利用这种直接掺杂的方法，可以让荧光染料更高效地渗入到纤维中，这种方法更为高效环保，且生产出的纤维具有更好的荧光性能。纳米荧光纤维主要的制备方法是静电纺丝法，静电纺丝作为一种极其灵活的材料制备方法，具有设备简单、易于操作、快速高效及对环境无污染等很多独特的优势，可以制备出长达数米且连续的纤维束，制备的无纺布纳米纤维具有较大的比表面积、较高的孔隙率及出色的机械性能[2]。

本文通过将具有高荧光发光效率的荧光染料罗丹明B（RB）掺杂到聚丙烯腈（PAN）中制成纺丝液中，经静电纺丝工艺，制备出了具有强荧光的纳米纤维。再通过控制荧光染料的含量，研究不同浓度的荧光染料对荧光纳米纤维的光学性能的影响。

1　实验部分

图1　纳米纤维的SEM图

1.1　试剂与仪器

罗丹明 B（RB），聚丙烯腈（PAN），N,N-二甲基甲酰胺

静电纺丝机，扫描电镜，紫外-可见分光光度计

1.2　实验过程

制备10%的PAN纺丝液，分别将相对固体 质量 0，0.5% ，0.8% ，1.0% ，1.2% 的RB添加到纺丝液中，常温搅拌3 h后，直到纺丝液中没有固体颗粒残留，装入离心管中编号，分别对应为 1#，2#，3#，4#，5# 分别取1#到5#的纺丝液进行静电纺丝，纺丝电压控制在16 kv，每个样品纺30 min后取出样品板。然后进行扫描测试分析和紫外可见吸收的测试。

2　结果与讨论

通过电镜扫描（SEM）观察微纳米的表面情况，下图1中1#,2#,3#,4#,5#分别是10%PAN 中加入 0，0.5% ，0.8% ，1.0% ，1.2%的罗丹明B的成丝形貌。从图中可以看出，PAN的成丝性能很好，而且随着罗丹明B的含量增加，纳米纤维的尺寸越来越细，5#样的纤维太细，且无法形成连续的丝状结构，3#和4#样的纤维中，出现了大量的锥形体结构，这对于纤维的结构造成不良的影响。罗丹明B的加入在一定程度上影响了PAN的成丝性能，加入罗丹明B后的纺丝液，成丝性能不好。

图2是不同含量的罗丹明B的纳米纤维紫外吸收情况，从图中可以看出，紫外吸收的强度是随着罗丹明B浓度的增加而增加的。这说明罗丹明B作为荧光染料，添加到PAN纺丝液中纺丝，添加的含量不能过少，否则纤维的紫外吸收量会偏低。且有机荧光染料具有高浓度荧光淬灭的现象，也就是说并不是染料的含量越多越好，光学性能越好。所以在应用的过程中，为了让纤维具有更好的形貌，且具有较好的光学性能，我们需要找到一个合适的添加含量。从实验结果中可以看出，罗丹明B的浓度在0.5%的时候，相对纺丝情况和紫外吸收情况是最好的。

参考文献：

[1]陈锐.静电纺丝制备复合纳米纤维材料[D].2011,浙江理工大学,2011.

[2]王恒国基于荧光素的荧光纳米纤维的制备与表征[J].高等学校化学学报,2012.33(5)：p.001074-1077.