一种三角形中空多孔纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三角形中空多孔纤维及其制备方法，以PAN溶液为皮层、PVP溶液为芯层进行同轴湿法纺丝得到纤维；将收集的纤维放入去离子水中浸泡水洗去除芯层。再对浸泡水洗后的纤维进行冷冻干燥，得到三角形中空多孔纤维。三角形中空多孔纤维的横截面为三角形，所述三角形中空多孔纤维的中空度为12.88％～36.29％，三角形中空多孔纤维包括沿其轴线方向贯通的一级孔、二级孔以及三级孔，一级孔的孔径为100～500μm，二级孔的孔径为10μm级别；三级孔的孔径为10nm级别。本发明专利技术三角形中空多孔纤维具有独特、新颖的微孔结构和较大的比表面积，可应用于吸附分离、催化剂载体、过滤、生物组织材料等领域，同时具有特殊三角形截面形貌结构，从而具有特殊的光学反射行为。

A triangular hollow porous fiber and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种三角形中空多孔纤维及其制备方法
本专利技术涉及了纤维材料
，具体的是一种三角形中空多孔纤维及其制备方法。
技术介绍
中空多孔纤维作为一种新型材料，兼具中空和介孔的特性。独特的中空介孔结构能够使得纤维具有诸多优异和特殊的性能，如表面积大、渗透速度快、质量轻、选择渗透性好、吸附能力强等，这些优势使得中空纤维在气体分离、废水处理、能量储存、生物燃料的生产和渗透汽化、拓展中空纤维大小分子发挥作用等领域具有重要的应用。目前中空纤维制备方法主要有同轴静电纺、干喷湿纺、熔融纺丝、湿法纺丝4种。湿法纺丝通过双扩散引起相分离来形成中空结构，与其他三种纺丝方法相比，湿法纺丝的工艺简单，且易制备出含有介孔结构的中空纤维材料，制备的材料具有发达的纳米孔洞、高的比表面积，在吸附、催化、医药、能源、环保等领域均具有非常广泛的应用。随着纺丝技术的进一步发展，人们对纤维材料的结构设计、合成、性能及应用提出了更高的要求。然而，现有的制备方法对构筑稳定、新颖的形态和特殊要求的结构还不够成熟，大多数多孔材料的外观形态单一且成孔效果不佳，一定程度上限制了中空纤维更多的性能和应用领域的发展。因此，需要对纤维的中空多孔结构继续进行研发，使得纤维材料朝着更加多元化的方向发展，且提高制备时的可控性。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种三角形中空多孔纤维及其制备方法，其具有独特、新颖的微孔结构和较大的比表面积，可应用于吸附分离、催化剂载体、过滤、生物组织材料等领域，同时具有特殊三角形截面形貌结构，从而具有特殊的光学反射行为。本专利技术公开了一种三角形中空多孔纤维，所述三角形中空多孔纤维的横截面为三角形，所述三角形中空多孔纤维的中空度为12.88％～36.29％，所述三角形中空多孔纤维包括沿其轴线方向贯通的一级孔、二级孔以及三级孔，所述一级孔的孔径为100～500μm，所述二级孔的孔径为10μm级别；所述三级孔的孔径为10nm级别。本专利技术还提供了一种三角形中空多孔纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，向PAN中加入DMF，40℃～70℃搅拌溶解得到浓度为5％～25％的PAN溶液；步骤S2，向PVP中加入DMF，40℃～70℃搅拌溶解得到浓度为5％～25％的PVP溶液；步骤S3，以PAN溶液为皮层、PVP溶液为芯层进行同轴湿法纺丝，其中，由PAN溶液和PVP溶液形成的纺丝液通过截面呈三角形状的针头进入凝固浴溶液中凝固成型成纤维；步骤S4:将步骤S3中的纤维放入去离子水中浸泡水洗，以去除芯层；步骤S5:对步骤S4中浸泡水洗后的纤维进行冷冻干燥，得到三角形中空多孔纤维。作为优选，步骤S1中搅拌溶解后得到的PAN溶液再置于真空干燥箱中室温下抽真空处理7～8min。作为优选，步骤S2中搅拌溶解后得到的PVP溶液再置于真空干燥箱中室温下抽真空处理7～8min。作为优选，步骤S3中，同轴湿法纺丝条件控制如下，外液注射泵的流量为0.1mL/h～10mL/h、外液注射泵的出液速度为5μm/min～900μm/min，内液注射泵的流量为0.1mL/h～5mL/h、内液注射泵的出液速度为5μm/min～500μm/min。作为优选，步骤S3中所述凝固浴溶液为浓度1％～60％的DMF水溶液，凝固浴溶液的温度为10℃～35℃。作为优选，步骤S4中浸泡水洗的温度为10℃～35℃，浸泡时间为12h～60h。作为优选，步骤S5中冷冻干燥的步骤如下：将步骤S3中浸泡水洗后的纤维放入超低温冷冻储存箱，设定温度为-20℃～-70℃，冷冻时间为5h～20h，然后取出纤维放入冷冻干燥机中，设定冷冻干燥机的运行温度-50℃～-70℃，运行时间为24h～72h。本专利技术的有益效果如下：本专利技术制备得到的三角形中空多孔纤维的横截面为三角形，特殊三角形截面形貌结构使本专利技术的纤维具有特殊的光学反射行为。当光从不同角度入射时，三角形截面纤维较圆形截面纤维更易产生全内反射，在增强可见光和近红外光谱范围的反射率方面有着重要的功能意义，扩大了纤维的应用范围，开发其更多的功能。本专利技术制备得到的三角形中空多孔纤维，其中空度为12.88％～36.29％，三角形中空多孔纤维包括沿其轴线方向贯通的一级孔、二级孔以及三级孔，一级孔的孔径为100～500μm，二级孔的孔径为10μm级别，三级孔的孔径为10nm级别，一级孔、二级孔以及三级孔使纤维形成了中空多孔结构，从而使其适用于吸附分离、催化剂载体、过滤、生物组织材料等领域，并且在吸附、分离、过滤、渗透汽化、能量储存、被动冷却等领域有更广阔的应用前景。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中三角形中空多孔纤维的截面SEM图；图2为本专利技术实施例2中三角形中空多孔纤维的截面SEM图；图3为本专利技术实施例3中三角形中空多孔纤维的截面SEM图。图4为本专利技术实施例1中三角形中空多孔纤维的结构示意图。以上附图的附图标记：1-一级孔；2-二级孔；3-三级孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1～3中使用的针头为同轴三角形针头，同轴三角形针头由两层针头嵌套而成，内层针头和外层针头的形状均为三角形，内层针头的尺寸略小于外层针头的尺寸，同轴三角形针头的截面呈三角形状。实施例1～3中，冷冻干燥机运行时的真空度均小于10Pa，冷冻干燥机启动后，真空度值会逐渐下降至最小值，在下降的过程中真空度显示的值是持续变化的，直到达到最小值后稳定不变，每次运行的最小值可能相同也可能不同，但必须都小于10Pa。实施例1称取聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，分别加入适量N-N二甲基甲酰胺(DMF)后置于集热式恒温加热磁力搅拌器，PAN水浴温度设为50℃，PVP水浴温度设为60℃，以转速500r/min进行加热磁力搅拌溶解，再置于真空干燥箱中室温下抽真空处理7～8min以去除搅拌过程中产生的气泡，得到浓度为10％的PAN溶液，以及浓度为10％的PVP溶液。将上步所得PAN溶液和PVP溶液分别吸入第一注射器和第二注射器内，再把第一注射器固定于外液注射泵上，设定外液注射泵流量为10mL/h、外液注射泵出液速度为840μm/min。再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三角形中空多孔纤维，其特征在于，所述三角形中空多孔纤维的横截面为三角形，所述三角形中空多孔纤维的中空度为12.88％～36.29％，所述三角形中空多孔纤维包括沿其轴线方向贯通的一级孔、二级孔以及三级孔，所述一级孔的孔径为100～500μm，所述二级孔的孔径为10μm级别；所述三级孔的孔径为10nm级别。/n

【技术特征摘要】
1.一种三角形中空多孔纤维，其特征在于，所述三角形中空多孔纤维的横截面为三角形，所述三角形中空多孔纤维的中空度为12.88％～36.29％，所述三角形中空多孔纤维包括沿其轴线方向贯通的一级孔、二级孔以及三级孔，所述一级孔的孔径为100～500μm，所述二级孔的孔径为10μm级别；所述三级孔的孔径为10nm级别。


2.一种三角形中空多孔纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，向PAN中加入DMF，40℃～70℃搅拌溶解得到浓度为5％～25％的PAN溶液；
步骤S2，向PVP中加入DMF，40℃～70℃搅拌溶解得到浓度为5％～25％的PVP溶液；
步骤S3，以PAN溶液为皮层、PVP溶液为芯层进行同轴湿法纺丝，其中，由PAN溶液和PVP溶液形成的纺丝液通过截面呈三角形状的针头进入凝固浴溶液中凝固成型成纤维；
步骤S4:将步骤S3中的纤维放入去离子水中浸泡水洗，以去除芯层；
步骤S5:对步骤S4中浸泡水洗后的纤维进行冷冻干燥，得到三角形中空多孔纤维。


3.根据权利要求2所述的三角形中空多孔纤维的制备方法，其特征在于，步骤S1中搅拌溶解后得到的PAN溶液再置于真空干燥箱中室温下抽真空处理7～8min。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，王慧云，王萍，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32