一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法技术

本发明专利技术所涉及的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法，是基于同轴电纺工艺进行的，具有这样的特征：同轴电纺的鞘液是由α‑氰基丙烯酸乙酯、无机功能纳米粒子和N,N‑二甲基乙酰胺组成的悬浮液。采用本发明专利技术的方法可将无机功能纳米粒子均匀涂覆在聚丙烯腈纳米纤维膜的表面，制备的涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维既保持了聚丙烯腈纳米纤维膜的良好的力学性能和机械性能，而且最大程度地将无机功能纳米粒子进行表面化分布，以充分发挥其功效，并避免了直接使用无机功能纳米粒子的过程中存在的不便操作。本发明专利技术的方法简单实用，也适用于将其他种类的无机功能纳米粒子涂覆在其他种类的聚合物纳米纤维的表面，且易于进行工业化的扩大生产。

Nanofiber coating method for electrospinning coating inorganic functional nano particles

Nano fiber membrane method of the invention relates to a coated electrospun inorganic functional nanoparticles, is based on the coaxial electrospinning process, has such characteristics: the sheath liquid coaxial electrospinning is composed of alpha Cyanacrylate, inorganic nanoparticles and N, suspension of N two methylacetamide composition. The method of the invention can be uniformly coated on the surface of inorganic nanoparticles of polyacrylonitrile nanofibers, nanoparticles coated inorganic functional nano fibers can not only keep the polyacrylonitrile nanofiber membrane has good mechanical properties and mechanical properties, but also to maximize the surface distribution of inorganic functional nanoparticles, to give full play to its function and, to avoid inconvenience to the operation process of the direct use of inorganic nanoparticles in. The method of the invention is simple and practical, and is also suitable for coating other kinds of inorganic functional nano particles on the surface of other kinds of polymer nanofibers, and is easy to expand production by industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法
本专利技术涉及静电纺丝制备纳米材料
，具体涉一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法。
技术介绍
高压静电纺丝技术(电纺)是一种操作简单、单步实施、灵活而且适用范围广的制备纳米纤维的技术。电纺纳米纤维由于直径小、表面积大、纤维孔隙率高等特点，使得其在环境、能源、生物医药、食品卫生以及光催化等众多领域都有广泛的应用。电纺纳米纤维的功能作用很少直接源于成纤的聚合物本身，更多的是将聚合物作为成纤的基材，功能组分均匀有地分布在基材中，从而最大限度地发挥电纺纳米纤维的特点，获得高性能的功能组分/聚合物纳米纤维。功能材料组分可以是分子也可以是纳米粒子，尤其是一些无机功能纳米粒子，这些无机功能纳米粒子与聚合物纤维形成的混杂或复合材料被研究证明非常有效[ZhangCL,YuSH.Nanoparticlesmeetelectrospinning:recentadvancesandfutureprospects.ChemicalSocietyReviews,2014,43(13),4423-4448.]。但是通过传统电纺方法制备的无机纳米粒子/聚合物纳米纤维混杂材料仍然存在较大的局限性：(1)电纺过程中纺丝头容易被堵塞；(2)无机纳米粒子更倾向分布于聚合物纳米纤维的内部，难于表面化，限制其功能的充分发挥；(3)由于无机纳米粒子的存在，聚合物纤维的机械和力学性能常常受损；(4)无机纳米粒子在聚合物纤维基材中的装载量受限。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法。本专利技术提供了一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法，是基于同轴电纺工艺进行的，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，将聚丙烯腈加入N，N-二甲基乙酰胺中，充分搅拌得到聚丙烯腈溶液，将聚丙烯腈溶液作为同轴电纺的芯液；步骤二，将α-氰基丙烯酸乙酯和无机功能纳米粒子加入N,N-二甲基乙酰胺中，得到含有无机功能纳米粒子的悬浮液，将悬浮液作为同轴电纺的鞘液；步骤三，将芯液和鞘液对应加入静电纺丝装置中，外加电压为15KV、接收距离为15cm条件下，制备得到涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜。在本专利技术提供的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法中，还可以具有这样的特征：其中，无机功能纳米粒子为纳米氧化物、纳米氮化物、纳米碳化物、纳米氯化物和纳米硼化物中任意一种，纳米氧化物是TiO2、ZnO、SiO2、ZrO2中任意一种；纳米氮化物是Si3N4、AlN、TiN中任意一种；纳米碳化物是SiC、TiC、WC中任意一种；纳米氯化物是TiCl4、AgCl、MgCl2中任意一种；纳米硼化物是BN、ZrB、Ti2B中任意一种。在本专利技术提供的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法中，还可以具有这样的特征：其中，无机功能纳米粒子在鞘液中质量分数为0.1％～5％。在本专利技术提供的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法中，还可以具有这样的特征：其中，α-氰基丙烯酸乙酯在鞘液中的质量分数为0.5％～1％。在本专利技术提供的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法中，还可以具有这样的特征：其中，鞘液与芯液的流量比为0.5:1.5。专利技术的作用与效果本专利技术所涉及的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法，因为同轴电纺的鞘液为含有无机功能纳米粒子的悬浮液，悬浮液由α-氰基丙烯酸乙酯、无机功能纳米粒子和N,N-二甲基乙酰胺组成。所以本专利技术可将无机功能纳米粒子均匀涂覆在聚丙烯腈纳米纤维膜的表面，既保持了聚丙烯腈纳米纤维膜的良好的力学性能和机械性能，而且最大程度地将无机功能纳米粒子进行表面化分布，以充分发挥其功效，并避免了直接使用无机功能纳米粒子的过程中存在的不便操作。此外，本专利技术的电纺过程中纺丝头不会被堵塞，整个制备过程稳定连续。本专利技术的方法简单实用，同时也适用于将其他种类的无机功能纳米粒子涂覆在其他种类的聚合物纳米纤维的表面，且易于进行工业化的扩大生产。附图说明图1是静电纺丝装置的结构示意图；图2是本专利技术的实施一中制备TiO2/PAN纳米纤维膜过程中的拍摄图；图3是本专利技术的实施例一制备的TiO2/PAN纳米纤维膜的扫描电镜图；图4是本专利技术的对照实验中制备的PAN纳米纤维膜的扫描电镜图；图5是本专利技术的实施例一制备的TiO2/PAN纳米纤维膜光催化降解亚甲基蓝的效果图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法具体阐述。图1是静电纺丝装置的结构示意图。如图1所示，静电纺丝装置包括：高压静电发生器1、鞘液轴流注射泵2、芯液轴流注射泵3、纤维接收板4、同轴纺丝头5、金属导管6、高弹性软胶管7。鞘液轴流注射泵2和芯液轴流注射泵3上分别安装有注射器，金属导管6连接鞘液轴流注射泵2的注射器，高弹性软胶管7连接芯液轴流注射泵3的注射器。鞘芯流速可通过鞘液轴流注射泵2和芯液轴流注射泵3调控。高压静电发生器1与同轴纺丝头5通过导线以鳄鱼钳相连。纤维接收板4为铝箔包裹的纸板，用于接收所制备的纳米纤维。<实施例一>步骤1：将16.0g的PAN粉末加入84g的N，N-二甲基乙酰胺之中，在80℃条件下搅拌24小时后，形成PAN质量分数为16％均匀半透明黄色的PAN溶液。步骤2：将1gα-氰基丙烯酸乙酯、0.1g无机功能纳米粒子TiO2加入98.9gN,N-二甲基甲酰胺中，在21℃条件下搅拌，得到悬浊液。在悬浊液中α-氰基丙烯酸乙酯的质量分数为1％，TiO2的质量分数为0.1％。步骤3：环境温度20℃，环境相对湿度RH为65％。在如图1所示的装置中，将步骤1所得PAN溶液加入芯液轴流注射泵3的注射器中，将步骤2所得的悬浊液加入鞘液轴流注射泵2的注射器中，同时开启鞘液轴流注射泵2和芯液轴流注射泵3，鞘液流速为0.5ml/h，芯液流速为1.5ml/h。步骤4：当有液滴从同轴纺丝头5流出时，开启高压静电发生器1，外加电压为15kv，接收距离为15cm，收集所制备的纳米纤维膜。图2是本专利技术的实施一中制备TiO2/PAN纳米纤维膜过程中的拍摄图。图如2所示，制备过程中泰勒锥、直线射流和高频拉伸弯曲区域清晰，整个制备过程稳定连续，在电纺过程中纺丝头未出现堵塞现象。图3是本专利技术的实施例一制备的TiO2/PAN纳米纤维膜的扫描电镜图。如图3所示，TiO2纳米粒子高度均匀分布于PAN纳米纤维的表面上，而纤维剖面则没有TiO2纳米粒子。<对照实验>步骤1：将16.0g的PAN粉末加入84g的N，N-二甲基乙酰胺之中，在80℃条件下搅拌24小时后，形成PAN质量分数为16％均匀半透明黄色的PAN溶液。步骤2：取98.9gN,N-二甲基甲酰胺，在21℃条件下搅拌，不添加其它物质。步骤3：环境温度20℃，环境相对湿度RH为65％。在如图1所示的装置中，将步骤1所得PAN溶液加入芯液轴流注射泵3的注射器中，将步骤2所得的N,N-二甲基甲酰胺加入鞘液轴流注射泵2的注射器中，同时开启鞘液轴流注射泵2和芯液轴流注射泵3，鞘液流速为0.5ml/h，芯液流速为1.5ml/h。步骤4：当有液滴从同轴纺丝头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法，是基于同轴电纺工艺进行的，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将聚丙烯腈加入N，N‑二甲基乙酰胺中，充分搅拌得到聚丙烯腈溶液，将所述聚丙烯腈溶液作为同轴电纺的芯液；步骤二，将α‑氰基丙烯酸乙酯和无机功能纳米粒子加入N,N‑二甲基乙酰胺中，得到含有无机功能纳米粒子的悬浮液，将所述悬浮液作为同轴电纺的鞘液；步骤三，将所述芯液和所述鞘液对应加入静电纺丝装置中，在外加电压为15KV、接收距离为15cm条件下，制备得到涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法，是基于同轴电纺工艺进行的，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将聚丙烯腈加入N，N-二甲基乙酰胺中，充分搅拌得到聚丙烯腈溶液，将所述聚丙烯腈溶液作为同轴电纺的芯液；步骤二，将α-氰基丙烯酸乙酯和无机功能纳米粒子加入N,N-二甲基乙酰胺中，得到含有无机功能纳米粒子的悬浮液，将所述悬浮液作为同轴电纺的鞘液；步骤三，将所述芯液和所述鞘液对应加入静电纺丝装置中，在外加电压为15KV、接收距离为15cm条件下，制备得到涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的一种电纺涂覆无机功能纳米粒子的纳米纤维膜方法，其特征在于：其中，所述无机功能纳米粒子为纳米氧化物、纳米氮化物、纳米碳化物、纳米氯化物和纳米硼化物中任意一种，纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：余灯广，王庆，李海鹏，李娇娇，郑招斌，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31