聚苯胺对聚乳酸复合纳米纤维膜结构和性能影响的研究

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聚苯胺(Polyaniline,PANI)因其独特结构经质子酸掺杂可获良好的导电性,近年来成为导电高分子领域的研究热点。PANI是一种非常有前景的导电聚合物,但由于反应控制和加工能力差而使其使用有限。在过去十年间,PANI纳米纤维通过制造技术提高了加工能力和表面积,并且改善了在水溶液中分散的相容性和稳定性。采用静电纺丝技术制备的PANI纳米纤维,比表面积大,表面能及活性高,但可纺性较差,单独纺丝难以形成连续稳定的纳米纤维,通常需要加入其它聚合物进行共混纺丝。本论文利用静电纺丝技术制备了PANI掺杂的聚己内酯/聚乳酸(polycaprolactone/poly(lactic acid),PCL/PLA)复合纳米纤维膜。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)、示差扫描量热法(DSC)和X射线光电子能谱分析(XPS)对材料的形貌和结构进行了表征。结果表明,纤维直径随着纺丝溶液浓度增加而增大,随着电场强度增大而减小;随着掺杂的PANI含量增加,纤维平均直径从782 nm(PLA/PCL纳米纤维)减小到346 nm(3%PANI)。随着环境湿度增加,纤维表面孔数量增加。DSC测试结果可见PLA的熔融峰和冷却结晶峰,以及PCL的熔融峰及熔融结晶峰,PLA的熔融结晶峰不明显。电导率测试和XPS测试表明PANI/PCL/PLA纳米纤维中PANI为具有导电性的中间氧化态。通过苯胺单体(aniline,ANI)在PCL/PLA纤维表面原位聚合,形成PANI包覆的具有皮芯结构的纳米纤维膜,研究了聚合反应时间、苯胺单体含量、等离子处理等因素对纤维表面PANI包覆情况的影响。利用SEM、FTIR、XPS和四探针等测试手段对PCL/PLA@PANI的纤维结构和形貌进行了分析。结果表明,随着聚合反应时间的增加,PANI在纤维表面包覆的量逐渐增加。经等离子预处理再进行苯胺原位聚合,PANI在纤维表面包覆较为完全,且纤维表面经PANI包覆可提高PCL/PLA纤维膜的润湿性。聚合反应2 h时纤维膜的电导率可以达到1.18×10-3S/cm。MTT测试表明,PANI包覆的纳米纤维膜具有较好的生物相容性。为了探讨多壁碳纳米管(MWCNTs)对纳米纤维膜导电性和纤维形貌的影响,我们制备了MWCNTs/PANI/PCL/PLA复合纳米纤维支架。通过SEM、XPS和四探针等测试手段对复合纳米纤维的形貌、结构和电学性能进行表征。SEM测试结果表明随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/PANI/PCL/PLA纤维表面沟槽结构减少;电导率测试结果表明电导率从1.40×10-5 S/cm(PANI/PCL/PLA纳米纤维膜)增加至2.32×10-5 S/cm(MWCNTs/PANI/PCL/PLA复合纳米纤维膜,MWCNTs添加量为2%);水接触角测试结果表明当MWCNTs的含量为2%时纤维膜润湿性最好。细胞增殖测试则表明,不同含量MWCNTs的复合纳米纤维组与PANI/PCL/PLA组及细胞培养板组相比,细胞在MWCNTs复合纳米纤维膜未显示出细胞毒性,随着培养时间的增加,细胞在不同含量的MWCNTs复合纳米纤维膜上能够很好的增殖,且细胞数量随着培养时间的增加而逐渐增加。但随着MWCNTs质量分数的增加,在复合纳米纤维膜上细胞吸附和增殖的数量的差异不明显。
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