利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，具体为：制备层状双金属氢氧化物纳米棒；将层状双金属氢氧化物纳米棒与去离子水混合，分散均匀得到分散液；向分散液中加入聚乙烯醇，搅拌溶解，得到聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液，再经静电纺丝，得到形貌可控的聚乙烯醇复合纤维。本发明专利技术中以层状双金属氢氧化物纳米棒为填料，通过改变填料的加入量可调控混合液的黏度，进而实现对静电纺丝纤维形貌的控制，从而拓宽了聚乙烯醇的可纺浓度。本发明专利技术中仅采用单一填料对静电纺丝纤维进行形貌调控，操作简便，可控性强，成本也较为低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及静电纺丝
，具体涉及一种利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法。
技术介绍
静电纺丝是一种制备亚微米或纳米级纤维简便而有效的技术，可用于制备聚合物、金属、陶瓷等一维纳米材料。其基本原理为：在高压电场作用下，悬于毛细管出口的聚合物溶液或熔体液滴变形为泰勒锥。当电场强度进一步提高，液滴表面所带电荷形成的静电排斥力超过其本身的表面张力，令泰勒锥的顶端形成液体细流。带有电荷的液体细流在电场中流动，进一步受到拉伸作用，同时溶剂蒸发或熔体冷却，成为超细纤维并沉积在接收装置上，形成无纺超细纤维膜。目前，其应用领域已涵盖组织工程、伤口涂覆、催化、分离过滤和化学传感器等。聚乙烯醇由醋酸乙烯酯水解而成，是一种多羟基的水溶性聚合物，具有良好的化学稳定性、生物相容性、生物可降解性、耐热性等优异性能，并具备良好的可纺性及成膜性，是较为常见的用于静电纺丝的聚合物之一，已被广泛应用于过滤、药物载体以及生物医学工程等领域。然而，聚乙烯醇分子链之间强烈的氢键相互作用导致其可纺浓度范围较窄，纤维形貌也难以调控，在一定程度上限制了聚乙烯醇的应用范围。静电纺丝过程中，操作参数以及聚合物溶液性质都会对纤维形貌产生巨大影响。在上述影响因素中，溶液黏度起到决定性作用。聚合物溶液黏度低于其可纺黏度时容易产生串珠。该现象虽可通过引入一些盐类、表面活性剂或聚电解质加以解决，但适用范围有限。另一方面，聚合物溶液粘度高于其可纺黏度时容易造成射流拉伸不完全以及针孔堵塞，只能得到少量微米级且粗细不均匀的纤维。Tan等人(Y.Q.Tan,Y.H.Song and Q.Zheng,Nanoscale,2012,4,6997-7005.)通过分别添加少量的氧化石墨烯以及氧化还原石墨烯来共同调控聚乙烯醇悬浮液的黏度，实现了在拓宽聚乙烯醇可纺浓度范围的同时提高静电纺丝纤维的规整度。然而上述原料制备周期长，价格昂贵，并且使用两种填料进行黏度调控，操作较为繁琐。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，使用单一填料，即层状双金属氢氧化物纳米棒来调控聚乙烯醇悬浮液的黏度。通过改变填料的加入量可分别提高或降低悬浮液的表观黏度，拓宽聚乙烯醇的可纺浓度范围，得到均一规整的静电纺丝纤维。该方法操作简便，可控性强。一种利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，包括如下步骤：(1)制备层状双金属氢氧化物纳米棒；(2)将步骤(1)得到的层状双金属氢氧化物纳米棒与去离子水混合，分散均匀得到分散液；向分散液中加入聚乙烯醇，搅拌溶解，得聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液；(3)步骤(2)得到的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液经静电纺丝，得到形貌可控的聚乙烯醇复合纤维。本专利技术中以层状双金属氢氧化物纳米棒为填料，为一维结构，其长径比在20～100之间。不同于常规的层状双金属氢氧化物纳米片，层状双金属氢氧化物纳米棒之间发生静电作用面积较小，经超声处理后可更均匀地分散在悬浮液中。另一方面，聚乙烯醇与层状双金属氢氧化物纳米棒通过氢键发生相互作用，当填料浓度较低时，纳米棒可起到物理交联点的作用，提高体系黏度；当填料浓度较高时，聚乙烯醇分子链完全缠绕在纳米棒周围而不参与整体氢键网络的形成，导致体系黏度下降。因此，通过调节纳米棒的含量可有效控制体系黏度，继而大幅度拓宽聚乙烯醇的可纺浓度范围并调控聚乙烯醇复合纤维的形貌。作为优选，步骤(1)中，层状双金属氢氧化物纳米棒的具体制备步骤如下：将阳离子表面活性剂、助表面活性剂以及烷烃类油相在室温下混合均匀，得到反应液；将含有可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐及碱性物质的水溶液与反应液混合，得到微乳液体系，经90～120℃下水热反应4～24h，得到所述的层状双金属氢氧化物纳米棒；所述的烷烃类油相包括正己烷、正庚烷、正辛烷或环己烷；所述的阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵或十六烷基二甲基苄基氯化铵；所述的助表面活性剂包括正丁醇、正戊醇或正己醇。作为优选，所述烷烃类油相、阳离子表面活性剂、助表面活性剂与水溶液的摩尔比为1:0.1:0.3:1.3。作为优选，所述可溶性二价金属盐中的二价金属离子为Co2+、Ni2+、、Mg2+中的一种或两种；可溶性三价金属盐中的三价金属离子为Al3+、、Cr3+中的一种或两种；优选上述种类的可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐有利于制备晶体结构完善的层状双金属氢氧化物。所述的可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐的阴离子独立地选自Cl-、NO3-或SO42-；所述的碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾；所述水溶液中，可溶性二价金属盐与可溶性三价金属盐的总浓度为0.05～0.5mol/L，可溶性二价金属盐与可溶性三价金属盐的摩尔质量比为0.5～5:1，可溶性二价金属盐和可溶性三价金属盐总量与碱性物质的摩尔质量比为1:1～10。作为优选，所述水热反应的温度为100～110℃，时间为8～20h。作为优选，步骤(2)中，所述的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液中，层状双金属氢氧化物纳米棒的质量为聚乙烯醇质量的0.1～10wt％，聚乙烯醇的质量百分浓度为2～25wt％。进一步优选，层状双金属氢
氧化物纳米棒的质量为聚乙烯醇质量的0.5～5wt％，聚乙烯醇的质量百分浓度为5～20wt％。在该浓度范围内，较易形成形貌规整的纤维。作为优选，步骤(2)中，所述聚乙烯醇呈粉末状，聚合度为1600～2300，醇解度为88～99％。作为优选，步骤(3)中，所述静电纺丝的工艺参数如下：电压为5～25kV，进料速度为0.1～1.0mL/h，环境湿度为20～80％，接收板到针孔的距离为5～25cm。进一步优选电压为10～20kV，进料速度为0.3～0.7mL/h，环境湿度为30～80％，接收板到针孔的距离为10～20cm。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术中以层状双金属氢氧化物纳米棒为填料，相较于层状双金属氢氧化物纳米片，层状双金属氢氧化物纳米棒在聚乙烯醇溶液中分散得更为均匀，同时一维结构有利于填料在纺丝过程中取向，继而大幅度提高纺丝膜的综合性能。2、本专利技术中使用单一填料即可调控聚乙烯醇的黏度，通过改变填料的加入量可分别提高或降低悬浮液的表观黏度，从而将聚乙烯醇的可纺浓度范围拓宽，并得到均一规整的静电纺丝纤维。附图说明图1为实施例1制备的层状双金属氢氧化物纳米棒的XRD图；图2为实施例1制备的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒复合纤维的SEM图；图3为实施例2制备的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒复合纤维的SEM图；图4为实施例3制备的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒复合纤维的SEM图；图5为实施例4制备的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒复合纤维的SEM图；图6为实施例5制备的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒复合纤维的SEM图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1：将正己烷、十六烷基三甲基溴化铵、正己醇以1:0.1:0.3的摩尔比配制成乳状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备层状双金属氢氧化物纳米棒；(2)将步骤(1)得到的层状双金属氢氧化物纳米棒与去离子水混合，分散均匀得到分散液；向分散液中加入聚乙烯醇，搅拌溶解，得聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液；(3)步骤(2)得到的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液经静电纺丝，得到形貌可控的聚乙烯醇复合纤维。

【技术特征摘要】
1.一种利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备层状双金属氢氧化物纳米棒；(2)将步骤(1)得到的层状双金属氢氧化物纳米棒与去离子水混合，分散均匀得到分散液；向分散液中加入聚乙烯醇，搅拌溶解，得聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液；(3)步骤(2)得到的聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物纳米棒混合液经静电纺丝，得到形貌可控的聚乙烯醇复合纤维。2.根据权利要求1所述的利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，其特征在于，步骤(1)中，层状双金属氢氧化物纳米棒的具体制备步骤如下：将阳离子表面活性剂、助表面活性剂以及烷烃类油相在室温下混合均匀，得到反应液；将含有可溶性二价金属盐、可溶性三价金属盐及碱性物质的水溶液与反应液混合，得到微乳液体系，经90～120℃下水热反应4～24h，得到所述的层状双金属氢氧化物纳米棒；所述的烷烃类油相包括正己烷、正庚烷、正辛烷或环己烷；所述的阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵或十六烷基二甲基苄基氯化铵；所述的助表面活性剂包括正丁醇、正戊醇或正己醇。3.根据权利要求2所述的利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，其特征在于，所述烷烃类油相、阳离子表面活性剂、助表面活性剂与水溶液的摩尔比为1:0.1:0.3:1.3。4.根据权利要求2所述的利用静电纺丝法制备形貌可控的聚乙烯醇复合纤维的方法，其特征在于，所述可溶性二价金属盐中的二价金属离子为Co2+、Ni2+、、Mg2+中的一种或两种；可溶性三价...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜淼，吕维扬，郑强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33