静电纺聚丙烯腈纳米纤维吸附碳纳米管材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种静电纺聚丙烯腈纳米纤维吸附碳纳米管材料及其制备方法。本发明专利技术以静电纺制备得到的聚丙烯腈纳米纤维为基体，将碳纳米管均匀分散后，浸没聚丙烯腈纳米纤维，通过纳米静电吸附及微量的化学键合的作用，使碳纳米管吸附于聚丙烯腈纳米纤维表面，制备出聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，增强了聚丙烯腈纳米纤维的强度，使原本不导电的聚丙烯腈纳米纤维拥有了一定的导电性。本制备方法工艺简单，操作方便，不需要复杂的仪器设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米纤维改性
，特别是涉及一种聚丙烯腈纳米纤维吸附碳纳米管材料及其制备的方法。技术背景聚丙烯腈(PAN)作为一种性能优异的高分子材料，具有良好的耐候性和耐日晒性，同时还耐化学试剂，使其在各种复杂环境的使用得以实现，而静电纺丝技术是一种制备纳米级纤维的方法，所制备的PAN纳米纤维的直径可以达到100-200nm，且直径分布较窄。纳米纤维具有小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等；纳米纤维还有极强的与其他物质的互相渗透力，纳米纤维制成的织物具有精细的织物结构，极高的孔隙度，极好的柔韧性、吸附性、过滤性、粘合性和保温性等，这些特殊的性能使得纳米纤维在许多领域得到了广泛应用。碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)具有稳定的物理化学性能，良好的电学，光学，磁学性能，极大的长径比，极强的力学性能等优势，是纳米复合材料的理想载体，而由于CNTs长径比大，表面能大，极容易发生团聚，影响它在溶液或复合材料中的均匀分散；同时其表面完整光滑，悬挂键极少，很难与基体键合，因而复合材料达不到理想的性能。所以就要对碳纳米管进行改性，增加表面悬挂键，使其容易与基体键合。PAN/CNTs纳米杂化纤维(聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维)不仅具有PAN纳米纤维的优异性质，而且兼具有CNTs的良好力学、电学、磁学等性能，因而制备出PAN纳米杂化纤维在纤维改性领域具有重要意义。常规的PAN/CNTs的复合方法是将CNTs溶于PAN的纺丝液中直接纺丝制得复合纤维，这样制得的纤维内部含有CNTs，使得纤维本体性质受到了一定程度上的影响，且纤维表面过于光滑，一定程度上削弱了纤维制得的纤维膜过滤时对杂质的拦截能力。
技术实现思路
为了制备出上述PAN/CNTs纳米杂化纤维，本专利技术提供了一种PAN纳米纤维吸附CNTs材料及其制备方法。为了使PAN纳米纤维具有优异的光学、电学性能，而又不破坏纤维本身的结构，本专利技术采用高性能的碳纳米管材料，制备了一种PAN/CNTs纳米杂化纤维：所述的聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，以重量份数计，包括如下组分：聚丙烯腈纳米纤维 100多壁碳纳米管(单壁纳米管) 0.01-5，优选(0.01-2)；优选的，所述的碳纳米管可以是多壁碳纳米管、单壁碳纳米管以及其羟基化碳纳米管或羧基化碳纳米管，碳纳米管的长径比为50-30000∶1。优选的，所述的碳纳米管分散剂可以为乙醇、去离子水等，且比例为碳管/分散剂＝0.05-1mg/ml。优选的，所述聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维中的碳纳米管是存在于纤维表面的。优选的，所述聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维可以是立体网状、纤维膜或纤维束。本专利技术所述的聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维的制备方法包括按顺序进行的如下步骤：(1)将作为纺丝液溶质的聚丙烯腈(5-10wt％)和溶剂N-N二甲基甲酰胺(90-95wt％)混合，常温搅拌4-6h，得到纺丝液；(2)利用静电纺丝设备进行静电纺丝，纺丝参数为：电压为13-30kV，喷丝头与接收板距离为15-25cm，纺丝液挤出速度为0.6-1.2ml/h，接收板外覆一层离型纸以接收纳米纤维；(3)纳米纤维浸于乙醇中数分钟除去溶剂，然后充分干燥备用；(4)将分散质碳纳米管和分散剂混合，水浴超声1h；(5)将上述分散液离心5-10分钟，转速为5000-10000r/min，取上层均匀液体备用；(6)将(3)所述纳米纤维置于(5)所述液体中，水浴超声1-2min，制得纳米杂化纤维；(7)将上述纳米杂化纤维置于乙醇中漂洗1-2min，取出置于离型纸上，放入干燥箱中干燥，即可得到聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维。本专利技术提供了一种聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维及其制备方法。本方法以静电纺制备得到的聚丙烯腈纳米纤维为基体，将碳纳米管均匀分散后，浸没聚丙烯腈纳米纤维，通过纳米静电吸附及微量的化学键合的作用，使碳纳米管吸附于聚丙烯腈纳米纤维表面，制备出聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，增强了聚丙烯腈纳米纤维的强度，使原本不导电的聚丙烯腈纳米纤维拥有了一定的导电性。本制备方法工艺简单，操作方便，不需要复杂的仪器设备。具体实施方式实例：将纺丝液溶质聚丙烯腈1.1g加入到溶剂N-N二甲基甲酰胺15ml中，磁力搅拌6h得到纺丝液；用注射器抽取纺丝液并利用静电纺丝机纺制得到聚丙烯腈纳米纤维膜，纺丝参
数为+12.93kV，-2.1kV，喷丝头与接收板距离为20cm，纺丝液挤出速度为1.2ml/h；将纤维置于乙醇中处理2min后在真空干燥箱中干燥备用；(1)将10mg长径比为100∶1的羟基化多壁碳纳米管与20ml无水乙醇混合，超声分散1h；将分散液离心，转速为8000r/min，取上层均匀分散液备用；将聚丙烯腈纳米纤维置于上述分散液中，超声2min，取出纳米纤维膜后漂洗2min，然后置于真空干燥箱中干燥即可得到聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维。(2)将10mg长径比为200∶1的羧基化多壁碳纳米管与20ml去离子水混合，超声分散1h；将分散液离心，转速为6000r/min，取上层均匀分散液备用；将聚丙烯腈纳米纤维置于上述分散液中，超声2min，取出纳米纤维膜后漂洗2min，然后置于真空干燥箱中干燥即可得到聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维。(3)将5mg长径比为2000∶1的羟基化单壁碳纳米管与20ml无水乙醇混合，超声分散1h；将分散液离心，转速为8000r/min，取上层均匀分散液备用；将聚丙烯腈纳米纤维置于上述分散液中，超声2min，取出纳米纤维膜后漂洗2min，然后置于真空干燥箱中干燥即可得到聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维。通过场发射扫描电子显微镜可以观察看出，纯的聚丙烯腈纳米纤维表面比较光滑，而聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维表面很粗糙，碳纳米管已成功吸附于聚丙烯腈纳米纤维表面，且形成一层紧密的碳管层，使得杂化纳米纤维具有导电性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，其特征在于：所述的聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，以重量份数计，包括如下组分：聚丙烯腈纳米纤维       100碳纳米管     0.01‑5。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，其特征在于：所述的聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，以重量份数计，包括如下组分：聚丙烯腈纳米纤维 100碳纳米管 0.01-5。2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，其特征在于：所述的碳纳米管可以是多壁碳纳米管、单壁碳纳米管以及其羟基化碳纳米管、羧基化碳纳米管，碳纳米管的长径比为50-30000∶1。3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维，其特征在于：所述的碳纳米管分散剂可以为乙醇、去离子水，且比例为碳管/分散剂＝0.05-1mg/ml。4.一种制备权利要求1所述聚丙烯腈吸附碳纳米管纳米杂化纤维的方法，其特征在于：所述制备方法，包括按顺序进行的如下步骤：(1)将作为纺丝液溶质的聚丙烯腈和溶剂N-N二甲基甲酰胺混合，常温搅拌4-6h，得到纺丝液；(2)利用静电纺丝设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文一，刘正鑫，王金龙，史菁元，连伟涛，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12