一种高比表面多孔纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高比表面多孔纤维及其制备方法，包括：将二甲基甲酰胺、聚丙烯腈、竹浆纳米纤维素、对苯二甲酸、聚乙二醇、二环戊二烯乳液、钛盐、无机酸、硅源、表面活性剂、石墨烯和蒸馏水形成溶胶纺丝液，然后基于静电纺丝工艺生成纳米量级的高分子聚合物细丝；再将所述高分子聚合物细丝作为经线和纬线，采用相互交织方式执行缠绕，并在含有硅烷偶联剂密闭干燥容器中实现对所述高分子聚合物细丝的化学修饰，最后浸入碱性溶液中执行热解，由此制得所需的多羟基多孔纤维产品。通过本发明专利技术制备的所述多孔纤维产品的比表面积高达为0.0024m

A High Specific Surface Porous Fiber and Its Preparation Method

The invention discloses a high specific surface porous fiber and a preparation method thereof, comprising: two methyl formamide, polyacrylonitrile, bamboo cellulose nanofibers, terephthalic acid, polyethylene glycol, dicyclopentadiene emulsion, titanium salt, inorganic acid, silicon source, surfactant, graphene and distilled water form sol spinning liquid, and then generate nanometer scale polymer based on the electrospinning process. Polymer filament; then the polymer filament is used as warp and weft, interwoven to perform winding, and chemically modified in a sealed drying container containing silane coupling agent. Finally, the polymer filament is immersed in alkaline solution for pyrolysis, and the required polyhydroxy porous fiber products are obtained. The specific surface area of the porous fiber product prepared by the invention is as high as 0.0024m.

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面多孔纤维及其制备方法
本专利技术属于多孔纤维材料制备相关领域，更具体地，涉及一种高比表面机多孔纤维及其制备方法，所获得的纤维具有纳米量级的高比表面机和多细孔等优良特征。
技术介绍
2011年我国聚酯纤维产量2795万吨，占我国化纤产量的83%；占世界聚酯纤维产品的70%。虽然我国聚酯产能、产量位居世界第一，但我国聚酯纤维行业仍面临一些亟须解决的突出问题：产品结构不合理，同质化竞争激烈，行业利润率偏低，并且产品由于本身的分子结构排列规整，结晶度高、模量大，作为纺织领域纤维存在手感发硬的问题，影响了其舒适度；同时，现有合成纤维因缺乏极性亲水性官能团，纤维的吸湿性能较差，在标准环境下纤维的回潮率仅为0.4%，而天然纤维回潮率达到了7.5%，因此，现有合成纤维的但是市场上的纤维要么韧性差，吸湿排汗性能不好，使用寿命不长，使用一段时间后容易断裂，要么弹性差，不容易伸缩，无法满足某些高弹性产品的需求，不能吸水抑菌，给人们带来很大的困扰。在影响合成纤维舒适性因素中，吸湿性能是关键指标之一。聚酯纤维的吸湿性能包括了对气态水分的吸湿与液态水分的吸湿，其中气态水分的吸湿主要由纤维的化学结构决定，物理形态结构虽然对气态吸湿性能影响较小，但是可以改善纤维的导湿性能。因此，制备一种高比表面多孔纤维产品既能改善其导湿性能，也能改善其弹性、吸水性能，并为改善纤维纺织品的舒适性提供了可能性。石墨烯是新世纪来最受关注的新材料之一，因其具有超高的比表面积、优异的力学性能、高导热率和高阻隔性而在诸多领域具有广泛应用前景。在复合材料领域，加入少量石墨烯可同时提高材料的多项性能，具有超高的性价比，这使其在复合材料方面得到广泛研究，因此，在合成纤维中引入石墨烯具有广阔的应用前景。申请号为201510377756.2的中国专利技术专利申请公开了一种高性能聚氨酯弹性纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：将聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯类物质反应生成异氰酸酯封端的预聚物，把至少部分表面含有氨基基团的纳米石墨烯、扩链胺溶液、预聚物在扩链器内混合进行扩链反应，反应后的聚合物加入添加剂混合，经储藏熟化后成聚氨酯纺丝原液，最后通过干纺纺丝得到聚氨酯弹性纤维。该方法把表面含有部分氨基基团的纳米石墨烯通过交联反应介入氨纶分子链中，同时形成了多维交联结构，能大幅度提高断裂强力(较未添加石墨烯提高了55％以上)、断裂强力保持率(较未添加石墨烯提高了55％以上)。然而，其方法步骤复杂，干法纺丝的制备过程含有对人体有害的有机溶剂，故其在部分方面的应用受到限制，且其纺丝速度相较与静电纺丝较低，整体生产的成本高。因此，发掘一种全新的工艺，从分子尺度增加纤维的比表面积，从而得到均匀、多孔、高比表面积、性能优越的纤维材料迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种高比表面多孔纤维及其制备方法；该方法以聚丙烯腈和竹浆纳米纤维素为主要原料，利用静电纺丝技术和高温热解方法制备得到一种具有高比表面、性能良好的合成纤维。本专利技术采用的技术方案是：一种高比表面多孔纤维的制备方法，其特征在于，所述的高比表面多孔纤维的制备方法步骤如下：（1）称取二甲基甲酰胺2～10重量份、聚丙烯腈10～20重量份、竹浆纳米纤维素10～20重量份、对苯二甲酸5-10份、聚乙二醇5-10份和2～5重量份、二环戊二烯乳液1-2重量份、钛盐2-9份、无机酸2-8份、硅源2-6份、表面活性剂5-15份和石墨烯0.5-1份、余量水，将上述成份加入共混机中，温度调节为75-90℃，形成均匀稳定的溶胶纺丝液，然后将其注入至静电纺丝设备注射器中，并在电场作用下通过喷丝头阵列向收集板执行静电纺丝工艺，生成纳米量级的高分子聚合物细丝；（2）将所述高分子聚合物细丝采用相互交织方式执行缠绕，形成布状结构后置于2-5重量份的硅烷偶联剂密闭干燥容器中，调节容器内压力为0.1-0.6MPa，温度为200-300℃，以实现对所述高分子聚合物细丝的化学修饰，得到功能化柔性纤维材料；（3）将所述功能化柔性纤维材料浸入氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，在常温下持续搅拌24-48小时后在500℃-600℃保护氛围下执行热解，由此制得所需的多羟基多孔纤维产品，且所述多孔纤维产品的比表面积为0.0024m2/g以上，平均空隙为10um。本专利技术所述高比表面多孔纤维的制备方法通过选择适当配料比的反应物来形成前驱体溶液，然后将静电纺丝工艺应用于纤维的制备工艺中，一起是对其关键工艺条件进行研究和设计，相应地，可形成纳米量级的高分子聚合物细丝纤维，并以作为基础单元制备孔径小、比表面积高和连续性好的复合纤维材料。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（1）中，所所述竹浆纳米纤维素的制备方法为：称取1-10重量份的竹纤维粉末浸于20-200重量份的质量分数为5-30%的氢氧化钠溶液中，充分搅拌，真空抽滤，水洗，干燥得到竹浆纤维素。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（1）中，所述钛盐味三氯化钛、四氯化钛、硫酸钛中的一种或一种以上；无机酸为硝酸、硫酸、盐酸中的一种；表面活性剂为多烷基三甲基溴化铵或多烷基三甲基氯化铵，其中烷基数目范围为4-22；硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯中的一种或一种以上。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（1）中，所述聚丙烯腈的平均分子量为80000，聚乙二醇的相对数均分子量大小为400-6000g/mol。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（1）中，所述二环戊二烯乳液的制备方法为：将二环戊二烯与OP10乳化剂以质量比5:1进行混合，在60-80℃水浴锅中以900-1100rpm的搅拌速度加热搅拌，反应30min-60min后形成二环戊二烯乳液。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（1）中，所述静电纺丝工艺为：纺丝温度为270-300℃，挤出速度为4-8ml/min，拉伸温度为60-100℃，预拉伸倍率为1.0-1.10，喷丝头与收集板之间的间距为10cm-130cm，电场电压为15kV-20kV，收集板水平方向移动速度为25cm/分钟-30cm/分钟。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（2）中，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷、N，N-二乙基-3-（三甲氧基硅烷）丙烷-1-1胺、3-巯丙基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。作为本专利技术的优选技术方案，步骤（3）中，所述保护气氛为氮气和氢气混合气体，其中氮气和氢气的体积比例为95:5，气体的流速为60-100sccm。本专利技术的另一个目的是提供一种采用上述方法制备的一种高比表面多孔纤维。优选地，所述多孔纤维产品的比表面积为0.0024m2/g以上，平均空隙为10um。总而言之，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1、通过选择适当配料比的反应物来形成前驱体溶液，然后将静电纺丝工艺应用于纤维的制备工艺中，一起是对其关键工艺条件进行研究和设计，相应地，可形成纳米量级的高分子聚合物细丝纤维，并以作为基础单元制备孔径小、比表面积高和连续性好的复合纤维材料；2、本专利技术还将热解处理与上述静电纺丝技术相结合应用于复合纤维材料合成过程中，并通过对其反应条件的设计，在提高产品的性能稳定性的同时进一步提高了纤维产品的比表面积和纤维小孔的形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比表面多孔纤维的制备方法，其特征在于，所述的高比表面多孔纤维的制备方法步骤如下：步骤1：称取二甲基甲酰胺2～10重量份、聚丙烯腈10～20重量份、竹浆纳米纤维素10～20重量份、对苯二甲酸5‑10份、聚乙二醇5‑10份和2～5重量份、二环戊二烯乳液1‑2重量份、钛盐2‑9份、无机酸2‑8份、硅源2‑6份、表面活性剂5‑15份和石墨烯0.5‑1份、余量水，将上述成份加入共混机中，温度调节为75‑90℃，形成均匀稳定的溶胶纺丝液，然后将其注入至静电纺丝设备注射器中，并在电场作用下通过喷丝头阵列向收集板执行静电纺丝工艺，生成纳米量级的高分子聚合物细丝；步骤2：将所述高分子聚合物细丝采用相互交织方式执行缠绕，形成布状结构后置于2‑5重量份的硅烷偶联剂密闭干燥容器中，调节容器内压力为0.1‑0.6MPa，温度为200‑300℃，以实现对所述高分子聚合物细丝的化学修饰，得到功能化柔性纤维材料；步骤3：将所述功能化柔性纤维材料浸入氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，在常温下持续搅拌24‑48小时后在500℃‑600℃保护氛围下执行热解，由此制得所需的多羟基多孔纤维产品，且所述多孔纤维产品的比表面积为0.0024m2/g以上，平均空隙为10um。...

【技术特征摘要】
1.一种高比表面多孔纤维的制备方法，其特征在于，所述的高比表面多孔纤维的制备方法步骤如下：步骤1：称取二甲基甲酰胺2～10重量份、聚丙烯腈10～20重量份、竹浆纳米纤维素10～20重量份、对苯二甲酸5-10份、聚乙二醇5-10份和2～5重量份、二环戊二烯乳液1-2重量份、钛盐2-9份、无机酸2-8份、硅源2-6份、表面活性剂5-15份和石墨烯0.5-1份、余量水，将上述成份加入共混机中，温度调节为75-90℃，形成均匀稳定的溶胶纺丝液，然后将其注入至静电纺丝设备注射器中，并在电场作用下通过喷丝头阵列向收集板执行静电纺丝工艺，生成纳米量级的高分子聚合物细丝；步骤2：将所述高分子聚合物细丝采用相互交织方式执行缠绕，形成布状结构后置于2-5重量份的硅烷偶联剂密闭干燥容器中，调节容器内压力为0.1-0.6MPa，温度为200-300℃，以实现对所述高分子聚合物细丝的化学修饰，得到功能化柔性纤维材料；步骤3：将所述功能化柔性纤维材料浸入氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，在常温下持续搅拌24-48小时后在500℃-600℃保护氛围下执行热解，由此制得所需的多羟基多孔纤维产品，且所述多孔纤维产品的比表面积为0.0024m2/g以上，平均空隙为10um。2.根据权利要求1所述的一种高比表面多孔纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述竹浆纳米纤维素的制备方法为：称取1-10重量份的竹纤维粉末浸于20-200重量份的质量分数为5-30%的氢氧化钠溶液中，充分搅拌，真空抽滤，水洗，干燥得到竹浆纤维素。3.根据权利要求1所述的一种高比表面多孔纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述钛盐味三氯化钛、四氯化钛、硫酸钛中的一种或一种以上；无机酸为硝酸、硫酸、盐酸中的一种；表面活性剂为多烷基三甲基溴化铵或多烷基三甲基氯化铵，其中烷基数目范围为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义龙，陈荣，曾静民，陈顺邦，钟斌，林大通，罗未星，
申请(专利权)人：华祥中国高纤有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33