一种多组分网状纳米纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多组分网状纳米纤维膜的制备方法，具体步骤为：第一步：将间位芳纶纤维、卤盐与有机溶剂以质量比1∶0.004-0.4∶2.996-18.6进行混合并打浆，搅拌配制间位芳纶溶液；第二步：将功能性高分子聚合物与溶剂以质量比1∶5.4-98.99进行混合，加入纳米颗粒，加热搅拌配制功能性高分子溶液；其中，溶液中纳米颗粒的质量分数为：0.01％-5％；第三步：将第一步得到的间位芳纶溶液与第二步得到的功能性高分子溶液按质量比1∶0.05-0.5进行滴加混合，超声处理获得纺丝溶液；第四步：在室温20-30℃及相对湿度20％-70％的条件下，将所述纺丝溶液进行静电纺丝，最后得到网状纳米纤维直径为5-20nm、网状结构覆盖率达95％以上的多组分网状纳米纤维膜。本发明专利技术制备工艺简单、成本低，材料拉伸强度高达100-2000MPa且功能性优势显著。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，具体步骤为：第一步：将间位芳纶纤维、卤盐与有机溶剂以质量比1∶0.004-0.4∶2.996-18.6进行混合并打浆，搅拌配制间位芳纶溶液；第二步：将功能性高分子聚合物与溶剂以质量比1∶5.4-98.99进行混合，加入纳米颗粒，加热搅拌配制功能性高分子溶液；其中，溶液中纳米颗粒的质量分数为：0.01％-5％；第三步：将第一步得到的间位芳纶溶液与第二步得到的功能性高分子溶液按质量比1∶0.05-0.5进行滴加混合，超声处理获得纺丝溶液；第四步：在室温20-30℃及相对湿度20％-70％的条件下，将所述纺丝溶液进行静电纺丝，最后得到网状纳米纤维直径为5-20nm、网状结构覆盖率达95％以上的多组分网状纳米纤维膜。本专利技术制备工艺简单、成本低，材料拉伸强度高达100-2000MPa且功能性优势显著。【专利说明】
本专利技术涉及，属于纳米材料
。
技术介绍
芳纶纤维、碳纤维和高强高模聚乙烯纤维作为当前最重要的三种高性能纤维，已逐渐成为当前纤维研究领域的热点。其中间位芳纶以其优异的耐高温性、尺寸稳定性、可纺性、防火性和耐腐蚀性等特性，已被成功应用于高温过滤、个体防护、电池隔离膜、军工宇航等众多领域中。间位芳纶受本体结构的限制不存在熔点，其在熔融以前就已分解，因而其纤维制备工艺是十分有限，目前其制备工艺主要有干法纺丝、湿法纺丝和干喷湿纺法三种。这些方法所制备的芳纶纤维直径均为微米数量级且纤维直径偏差较大，这大大限制了其实际应用。近年来，静电纺丝技术以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控性强、结构可调性强等优势，已逐渐成为高技术、高附加值纳米纤维材料制备的主流方法之一。研究人员已经通过静电纺丝技术制备了一系列间位芳纶纳米纤维，Journal of Nanoscience and Nanotechnologyll(2011)4004-4010 利用静电纺丝技术制备间位芳纶纳米纤维的文章是以芳纶原位聚合溶液为纺丝原料经静电纺丝，获得了直径150-200nm的间位芳纶纳米纤维。随后研究人员系统研究了不同离子液体溶解体系(Fibers and Polymersll (2010) 1032-1040、Journal of TextileResearch32(2011) 11-17)、添加碳纳米管(Nanoscale5 (2013) 886-889)、热拉伸等后处理工艺(Fibers and Polymersl4(2013)405-408)条件下芳纟仑纳米纤维的制备。此外，Fibersand Polymersl2 (2011) 197-206制备了间位芳纟仑/醋酸纤维素纤维以及间位芳纟仑/纤维素纤维且考察了其耐热性能与机械性能。中国专利CN101838888A公开了静电纺间位芳纶纳米纤维的制备方法、CN101279204A公开了高强度纳米纤维功能膜的制备方法、CN102877152公开了一种芳纶1313/多壁碳纳米管纳米纤维及其制备方法，上述研究在一定程度上获得了种类形貌丰富多样的间位芳纶纳米纤维材料，然而所制备的间位芳纶纳米纤维依然存在纤维直径大且分布不均匀、纤维间易滑移、力学强度差等缺陷，严重限制了其实际应用性倉泛。近期，随着研究人员对静电纺丝技术研究的不断深入，人们发现该技术可通过调控溶液性质与工艺参数获得以超细一维电纺纤维材料为支架的、具有类似于蜘网、肥皂泡结构的二维网状纤维膜材料，网状纤维直径比普通静电纺纳米纤维直径低一个数量级，目前已经引起了学术界与工业界的广泛关注。Polymer International61 (2012) 1675-1682文章中成功制备了新型间位芳纶网状纳米纤维膜，静电纺间位芳纶纳米纤维的结构调控及其性能研究(硕士论文)提出了利用静电纺丝技术制备间位芳纶网状纳米纤维的方法，中国专利CN102704028A公开了一种间位芳纶网状纳米纤维膜的制备方法，上述研究虽制备出了间位芳纶网状纳米纤维材料，降低了纤维直径，但其依然存在纤维膜力学强度差、网状纳米纤维结构组分单一、功能性不足等缺陷，严重限制了该材料的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，特别是一种以间位芳纶与功能性高分子为本体材料的高强度多组分网状纳米纤维膜的制备方法。为了解决上述问题，本专利技术提供了，其特征在于，具体步骤为:第一步:将间位芳纶纤维、卤盐与有机溶剂以质量比1: 0.004-0.4: 2.996-18.6进行混合并打浆，搅拌配制间位芳纶溶液；第二步:将功能性高分子聚合物与溶剂以质量比1: 5.4-98.99进行混合，加入纳米颗粒，加热搅拌配制功能性高分子溶液；功能性高分子溶液中纳米颗粒的质量分数为0.01% -5% ；第三步:将第一步得到的间位芳纶溶液与第二步得到的功能性高分子溶液按质量比1: 0.05-0.5进行滴加混合，超声处理获得纺丝溶液；第四步:在室温20-30°C及相对湿度20% -70%的条件下，将所述纺丝溶液进行静电纺丝，获得以普通纳米纤维为支架的多组分网状纳米纤维膜。优选地，所述第一步中的混合为先将有机溶剂与卤盐混合形成稳定的离子液体溶剂体系，然后加入芳纶纤维；第一步中的打浆是指在室温下利用实验分散砂磨机以3000-8000rpm的转速分散5_20min ;第一步中的搅拌是指在温度为20-100°C下用磁力搅拌器以20-200rpm的转速搅拌l_10h。本专利技术打衆转速较高,可以提高间位芳纟仑纤维的分散速度与程度，缩短溶解时间、降低卤盐所需量。优选地，所述第二步中的加热搅拌为在40_100°C下用磁力搅拌器以20_200rpm的转速搅拌5-24h。优选地，所述第三步中的滴加混合是指室温20_200rpm转速搅拌下将功能性高分子溶液以1- 5秒/滴的速度滴入间位芳纶溶液；第三步中的超声处理的超声频率为40-60kHz，超声处理时间为l-5h ;第三步中的纺丝溶液的电导率为100-1500mS/m，粘度为300-10000cpo优选地，所述第四步中的静电纺丝是指在静电纺丝设备的辅助下将纺丝溶液以0.Ι-lOmL/h的流速进行灌注，同时于喷丝头处施加10-60kV的高压电进行纺丝，接收装置为接地的金属板，接收装置与喷丝口间的距离为5-30cm，接收基材为铝箔、铜网、滤纸或无纺布。本专利所施加电压较高，有效促进了静电纺丝过程中微小带电液滴的形成，增加纤维膜中网状结构的覆盖率。优选地，所述卤盐为氯化锂、氯化钙、溴化锂、溴化钠、溴化钙和溴化钾中的任意一种或几种的混合物。所述第一步中的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜和丙酮中的任意一种或几种的混合物。优选地，所述功能性高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚砜、聚环氧乙烯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、尼龙、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸和壳聚糖中的任意一种或几种的混合物。所述第二步中的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、甲酸、水、乙酸、二氯甲烷、N，N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、三氟乙酸、三氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、丙酮、正丁醇、异丁醇、六氟异丙醇、二甲苯、四氯化碳、二甲基亚砜、吡啶、溴苯、苯甲醚、邻苯二甲酸和异丙醇中的任意一种或几种的混合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多组分网状纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：第一步：将间位芳纶纤维、卤盐与有机溶剂以质量比1∶0.004?0.4∶2.996?18.6进行混合并打浆，搅拌配制间位芳纶溶液；第二步：将功能性高分子聚合物与溶剂以质量比1∶5.4?98.99进行混合，加入纳米颗粒，加热搅拌配制功能性高分子溶液；功能性高分子溶液中纳米颗粒的质量分数为0.01％?5％；第三步：将第一步得到的间位芳纶溶液与第二步得到的功能性高分子溶液按质量比1∶0.05?0.5进行滴加混合，超声处理获得纺丝溶液；第四步：在室温20?30℃及相对湿度20％?70％的条件下，将所述纺丝溶液进行静电纺丝，获得以普通纳米纤维为支架的多组分网状纳米纤维膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，张世超，翟云云，毛雪，陈坤，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：