Page 116 - 《精细化工》2021年第11期
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·2262· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
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1201 和 1046 cm 分别为苯环上 C—O 的伸缩振动 失重 5%）为 523 ℃，温度为 700 ℃时热失重仍<50%；
吸收峰和 O—H 的弯曲振动吸收峰 [22] ；882 和 PIPD 纳米纤维膜热失重的起始温度为 467 ℃，热
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785 cm 处为苯环上 C—H 的弯曲振动吸收峰 [23] 。 失重 50%的温度为 590 ℃；PIPD 纳米纤维气凝胶
表明 PIPD 纤维制备 PIPD 纳米纤维气凝胶的过程 的热失重起始温度为 433 ℃，热失重 50%的温度为
中，PIPD 主体结构未发生明显变化。相比于 PIPD 590 ℃。与 PIPD 原纤相比，PIPD 纳米纤维膜和 PIPD
纤维，PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 纳米纤维气凝胶在 纳米纤维气凝胶的热稳定性发生不同程度的下降，
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1201 和 1046 cm 处的吸收峰变强，其主要原因是 其主要原因是强质子混酸破坏了 PIPD 纤维的晶区，
混酸处理破坏了 PIPD 纤维的晶区，使 PIPD 晶格内 影响了 PIPD 分子链的取向和分子间的氢键网络，
部苯环上的 O—H 脱离了氢键网络结构，使其振动 导致热稳定性下降；同时，PIPD 分子链上少量的咪
更易于采集；而 PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 纳米纤维 唑基开环产生了极性基团 [24] ，活泼的极性基团如—
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气凝胶在 556 cm 处 C—C==O 的弯曲振动吸收峰变 C==O、—NH 等暴露，相比于主链上的刚性芳环，
强是由于少量的咪唑环在强质子酸的环境下发生了 它们更容易热解。虽然 PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 纳
开环反应。 米纤维气凝胶的热稳定性降低，但是也保留了相当
2.2 XRD 分析 高的热失重初始温度和 50%热失重温度，说明 PIPD
用 XRD 表征 PIPD 纤维、PIPD 纳米纤维膜和 纳米纤维膜和 PIPD 纳米纤维气凝胶仍然是较好的
PIPD 纳米纤维气凝胶的晶体结构，结果如图 3 所示。 耐热材料。
图 3 PIPD 纤维、PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 纳米纤维气 图 4 PIPD 纤维、PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 纳米纤维气
凝胶的 XRD 谱图 凝胶的热失重曲线
Fig. 3 XRD spectra of PIPD fibers, PIPD nanofiber membrane Fig. 4 Thermogravimetry of PIPD fibers, PIPD nanofiber
and PIPD nanofiber aerogels membrane and PIPD nanofiber aerogels
由图 3 可见，PIPD 纤维在 27.15°处出现尖锐强 2.4 SEM 分析
峰，表明 PIPD 纤维具有良好的结晶性。一方面是 图 5a 是 PIPD 纤维原丝的 SEM 图。可以看到
由于 PIPD 的刚性分子结构；另一方面是 PIPD 纤维 原丝的表面光滑，直径约为 20 μm。在强质子酸的
在制备过程中发生牵伸，导致分子链更加有序。 溶解作用下 PIPD 原纤表面剥离出细小的 PIPD 纤
PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 纳米纤维气凝胶在 27.15° 维，如图 5b 所示。图 5c 是 PIPD 纳米纤维膜的 SEM
处的衍射峰出现钝化且峰强度大幅度下降，同时在 图。可以看到 PIPD 纳米纤维缠结成孔，孔径约为
18.60°出现宽峰，表明在溶解剥离过程中，强质子 80~100 nm。从图 5d 可以看出，PIPD 纳米纤维的直
混酸进入分子链间，影响了分子链的有序排列和氢 径主要分布在 25~100 nm。
键网络，破环了 PIPD 纤维的晶区和取向，使 PIPD 图 6 是 PIPD 纳米纤维气凝胶的 SEM 图。图 6a
纤维剥离成 PIPD 纳米纤维。 是 PIPD 纳米纤维气凝胶最小尺度的 SEM 图，可以
2.3 TGA 分析 看到直径为 25~100 nm 的 PIPD 纳米纤维相互交错，
图 4 为 PIPD 纤维、PIPD 纳米纤维膜和 PIPD 形成纳米纤维网；图 6b 中，纳米纤维网络逐渐堆积
纳米纤维气凝胶在氮气氛围下的热失重曲线。 成片层；图 6c 中，PIPD 片层组装成蜂窝孔结构，
由图 4 可见，PIPD 纤维热失重的起始温度（热 具有良好的孔隙率。
