一种柔性氧化铁纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性氧化铁纳米纤维膜及其制备方法，该制备方法首先将至少一种铁盐及一种非铁金属盐溶解在溶剂中，并依次加入偶联剂和表面活性剂均匀混合制成均一稳定的前驱体溶液，所述的前驱体溶液中具有互穿的三维网状结构分子链；随后将上述前驱体溶液通过静电纺丝技术制成前驱体纤维膜；将上述前躯体纤维膜在空气气氛下煅烧，得到柔性氧化铁纳米纤维膜。本发明专利技术制备工艺简单、产率高，获得的氧化铁纳米纤维膜具有良好的柔性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，该制备方法首先将至少一种铁盐及一种非铁金属盐溶解在溶剂中，并依次加入偶联剂和表面活性剂均匀混合制成均一稳定的前驱体溶液，所述的前驱体溶液中具有互穿的三维网状结构分子链；随后将上述前驱体溶液通过静电纺丝技术制成前驱体纤维膜；将上述前躯体纤维膜在空气气氛下煅烧，得到柔性氧化铁纳米纤维膜。本专利技术制备工艺简单、产率高，获得的氧化铁纳米纤维膜具有良好的柔性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景。【专利说明】
本专利技术属新材料
，涉及，特别 是涉及一种具有互穿三维网状结构分子链的前驱体溶液作为纺丝液的柔性氧化铁纤维膜 及其制备方法。
技术介绍
氧化铁纳米纤维材料作为纳米纤维材料中的一类重要氧化物，由于其化学性质稳 定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、 涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景。氧化铁纳 米纤维材料的制备方法主要包括沉淀法、固液气相法、水热法、溶胶凝胶法、共混包埋法、单 体聚合法等，这些方法制备的氧化铁纤维多由氧化铁微颗粒组成，纤维因脆性大无法单独 使用，需制成纤维织物、纤维毡等制品使用，这大大限制了其实际应用。近年兴起的静电纺 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、工艺可控等优点，已成为有 效制备纳米纤维材料的主要技术之一，其制备的纤维材料具有纤维膜孔径小、纤维直径小、 纤维直径均匀等特点而被广泛使用，利用静电纺丝技术现已制备了 50多种无机氧化物纳 米纤维膜。然而目前制备的无机氧化物纳米纤维膜普遍存在脆性大的问题，因而限制了其 实际应用。 Journal of Colloid and Interface Science355 (2011) 328-333 报道了利用静 电纺丝技术制备多孔结构的Fe203/Ti02纳米纤维，这种方法不加聚合物而加入表面活性 齐U，通过老化来提高前驱体溶液的可纺性，并最终得到了多孔陶瓷纳米纤维，然而这种方 法制备得到的纤维由于存在直径均匀性差、连续性较差、单纤维缺陷等问题使得纤维易脆 裂，无法获得柔性的陶瓷纳米纤维。Chemistry-An Asian Journal (2013) 2453 - 2458报 道了利用静电纺丝技术制备氧化铁纳米纤维，文中通过加入金属盐、表面活性剂与聚合物 制备了前驱体溶液，文中所述纤维状氧化铁由颗粒组成，且杂化纤维中无机组分含量偏低， 导致无机纤维产率极低，通过这种方法制备得到的纤维由于存在直径均匀性差、连续性 差、单纤维缺陷等问题使纤维脆裂，无法获得柔性的氧化铁纤维。Journal of materials chemistry(2012) 1844-1847报道了利用溶胶凝胶技术制备连续的中空a -Fe203和a -Fe纤 维，文中通过直接对氧化铁溶胶进行热处理,最终得到中空a -Fe203和a -Fe纤维，这种方 法虽不加聚合物且无机组分含量较高，然而通过这种方法制备得到的纤维存在连续性差、 单纤维缺陷多等问题，无法获得柔性的氧化铁纤维。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供柔性无机纤维材料及其制备方法，特别是提供一种具有互穿 三维网状结构分子链的前驱体溶液作为纺丝液的柔性无机纤维材料的制备方法，具体地说 是柔性氧化铁纳米纤维膜及其制备方法。 本专利技术的一种柔性氧化铁纳米纤维膜的制备方法，具体步骤为： 第一步： 1)将至少一种铁盐及一种非铁金属盐加入到对应的溶剂中，使铁盐、非铁金属盐 与溶剂间在搅拌过程中发生水解缩聚反应或螯合作用形成具有三维网状结构的分子链；力口 入一种非铁金属盐的目的是通过离子掺杂在煅烧过程中抑制晶粒生长，使产生的晶体缺陷 较少； 2)搅拌10-60min后加入偶联剂，偶联剂上有两种基团，包括亲无机分子的基团和 亲有机分子的基团，此时偶联剂上的亲无机分子基团在溶液中通过发生部分水解反应形成 羟基，之后再与上述三维网状结构分子链上的部分羟基发生缩合反应，使偶联剂与三维网 状结构的分子链以共价键相连接； 3)再持续搅拌5_30min后加入表面活性剂，此时偶联剂上的亲有机分子基团与表 面活性剂上的亲水基团通过发生化学反应或产生氢键作用而相连接； 4)随着偶联剂水解程度的增加，偶联剂上的羟基继续与上述三维网状结构分子链 上的羟基发生缩合反应，同时偶联剂上的亲有机分子基团与表面活性剂上的亲水基团继续 发生化学反应或形成氢键，表面活性剂上的憎水基团通过氢键定向排列，三维网状结构分 子链不断的穿插缠结，并在三维网状结构-偶联剂-表面活性剂中的分子链间产生"桥联"， 从而形成了互穿的三维网状结构，使前驱体溶液的粘度增大、可纺性增强。 其中铁盐与溶剂的比例为l〇g: 10-50mL，铁盐与非铁金属盐的摩尔比为 100:1-10,铁盐与偶联剂的摩尔比为1:0.02-0. 1，金属源与表面活性剂的摩尔比为 1:0. 01-0. 1〇 第二步：在20-28°C及相对湿度30-60%的条件下，将上述前驱体溶液进行静电 纺丝，在电场作用下，带电液滴突破表面张力在空气中拉伸细化成纤，纤维沉积到接收基板 上，获得前驱体纤维膜，所制备的前驱体纤维具有纤维直径小、纤维连续性好等特性； 第三步：将上述前躯体纤维膜材料在空气气氛下煅烧，制备得到柔性氧化铁纳米 纤维膜。由于本专利技术制备的前驱体溶液中分子链为互穿的三维网状结构，同时前驱体纤维 中无机组分含量较高，因此在煅烧过程中单纤维完整的骨架结构不会因为大量有机组分的 失稳分解而受到破坏，使得最后获得的氧化铁纳米纤维膜具有良好的柔性。 作为优选的技术方案： 如上所述的一种柔性氧化铁纳米纤维膜的制备方法，所述第一步中，铁盐与溶剂 的比例为10g:10-50mL，铁盐与非铁金属盐的摩尔比为100:1-10 ;所述搅拌一段时间是指 在室温下用磁力搅拌器搅拌10-60min ;铁盐与偶联剂的摩尔比为1:0. 02-0. 1，所述再持 续搅拌一段时间是指在室温下用磁力搅拌器搅拌5-30min ;铁盐与表面活性剂的摩尔比为 1:0. 01-0. 1 ;所述前驱体溶液的动力粘度为0· 1-lPa · s，电导率为10-50mS/m。 如上所述的一种柔性氧化铁纳米纤维膜的制备方法，所述的铁盐是指：七水合硫 酸亚铁、草酸铁、氢氧化铁、四水合氯化亚铁、柠檬酸铁、六水合三氯化铁、九水合硝酸铁、乙 酰丙酮铁、氯化亚铁、无水三氯化铁或溴化铁中的一种以上。 如上所述的一种柔性氧化铁纳米纤维膜的制备方法，所述非铁金属盐为锆盐、铝 盐、钛盐、锡盐、锑盐、镧盐、钕盐、锰盐、钴盐、铜盐、铬盐或锌盐中的一种。 锆盐为硝酸氧锆、八水合氯氧化锆、乙酰丙酮锆或乙酸锆； 铝盐为异丙醇铝、九水合硝酸铝、六水合氯化铝或乙酰丙酮铝； 钛盐为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛酸四乙酯； 锡盐为二水合氯化亚锡、四氯化锡或硫酸亚锡； 锑盐为五氯化锑、三氯化锑或醋酸锑； 镧盐为乙酰丙酮镧、氯化镧、硝酸镧或醋酸镧； 钕盐为六水合硝酸钕、氯化钕或醋酸钕； 锰盐为乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性氧化铁纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为:第一步：将至少一种铁盐及一种非铁金属盐溶解在溶剂中，搅拌一段时间后加入偶联剂，再持续搅拌一段时间后加入表面活性剂，混合均匀制成均一稳定的前驱体溶液，所述的前驱体溶液中具有互穿三维网状结构的分子链；第二步：在20‑28℃及相对湿度30‑60％的条件下，将上述前驱体溶液进行静电纺丝，获得前驱体纤维膜；第三步：将上述前躯体纤维膜在空气气氛下煅烧，得到柔性氧化铁纳米纤维膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，司银松，单浩如，崔福海，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31