一种芳纶基pH响应膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种芳纶基pH响应膜的制备方法。该方法通过将Kevlar纤维加入到混合有碱、有机溶剂、绿色催化剂的混合溶液中，去质子化得到暗红色溶液；然后通过加水使芳纶纳米纤维从溶液中析出，并用大量的水将有机溶剂和其他小分子洗去；之后再将析出的芳纶纳米纤维在混合酸存在的条件下加热水解得到带有pH响应官能团的酸化芳纶纤维；再将酸化芳纶纤维与芳纶纤维混合，并借助真空抽滤的方法制备成膜。本发明专利技术通过将芳纶纳米纤维酸化，从而得到具有带有pH响应的氨基和羧基酸化芳纶纳米纤维，再将其与芳纶纤维复合得到了具有高强度、耐高温、耐化学腐蚀的pH响应膜，进一步扩大了纳米芳纶纤维的应用范围。芳纶纤维的应用范围。芳纶纤维的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶基pH响应膜的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料和膜领域，具体涉及一种利用芳纶纳米纤维制备pH响应膜的制备方法。

技术介绍

[0002]芳香族聚酰胺有机纤维即芳纶纤维，是由液晶态的棒状酰胺键和两个芳环连接的线性分子组成。作为芳纶纤维中的翘楚，Kevlar是20世纪60年代最早由美国杜邦公司研制的，并于1973年实现现代化生产。其化学结构由链接在苯环上的对位酰胺键重复排列而成。由于在其分子中，酰胺基团位于两个苯环之间，与苯环形成大π键共轭，内旋位阻高，其大分子链沿长度方向高度取向，并且具有极强的链间结合力，从而赋予其具有强度高，模量高、耐高温、耐化学腐蚀、密度低、耐冲击、抗疲劳、低膨胀等优点。
[0003]由于在其分子中，酰胺基团位于两个苯环之间，与苯环形成大π键共轭，内旋位阻高，大其分子链沿长度方向高度取向，并且具有极强的链间结合力，从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温性能、耐酸碱、密度低、耐冲击、抗疲劳、低膨胀、导热性、不燃、不熔等优良性能，常被用于工业防护、护具、高强结构件制造、电子电气、汽车交通、化工、航空航天、军事及应急救援领域，且有着不可替代的作用。
[0004]根据目前的文章和专利报道，芳纶纳米纤维在继承了芳纶晶体结构与优异的力学性质的同时，兼具纳米材料的小尺寸效应。近年来关于芳纶纳米纤维的研究热度逐渐提高，提出了包括静电纺丝、电吹法及去质子化等多种合成方法，特别是在电池隔膜、污水过滤膜产品上取得了显著进展。但是仍未有关于以芳纶为基质的pH响应膜的报道。
专利
技术实现思路

[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术提供一种芳纶基pH响应膜的制备方法。该方法是一种快速、简单、高效的制备高强度pH响应膜的制备方法。本专利技术通过将芳纶纳米纤维酸化，从而得到具有带有pH响应的氨基和羧基酸化芳纶纳米纤维，再将其与芳纶纤维复合得到了具有高强度、耐高温、耐化学腐蚀的pH响应膜，进一步扩大了纳米芳纶纤维的应用范围。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种芳纶基pH响应膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)首先对Kevlar纤维进行前处理，然后将处理后的Kevlar纤维加入到溶解有碱和催化剂的有机溶剂中，常温下通入氮气除氧，搅拌得到芳纶纳米纤维溶液，备用；
[0009](2)取芳纶纳米纤维溶液，加水析出，并借助真空抽滤用大量的水清洗至中性；之后在将其在混合酸的存在下，加热酸化，得到带有氨基和羧基的酸化芳纶纳米纤维；
[0010](3)再取芳纶纳米纤维溶液，将酸化芳纶纤维分散于水中获得酸化芳纶纤维分散液后，将分散液与芳纶纳米纤维溶液混合；然后借助真空抽滤的方法抽滤成膜，并用大量的水将膜洗至中性；将膜和滤纸一起放入丙酮中脱模，将膜依次在乙醇、正己烷中浸泡一定时
间，以置换掉前一种溶剂；最后真空干燥，得到芳纶基pH响应膜。
[0011]步骤(1)中所述前处理为：将Kevlar纤维剪成1
‑
2cm的短切纤维，用丙酮和水分别抽提12h后，40
‑
70℃烘箱中干燥12
‑
48h。
[0012]步骤(1)中有机溶剂为二甲基亚砜，碱为氢氧化钾、叔丁醇钾、氢氧化钠中的至少一种，催化剂为水或甲醇。
[0013]步骤(1)中的碱的用量为kevalr纤维中酰胺键物质的量的2～6倍，催化剂的量为Kevlar短切纤维中酰胺键的2～6倍，催化剂、碱在有机溶剂中的分散温度为50～70℃，分散时间为3～6h。
[0014]步骤(1)中搅拌的时间为12～48小时，直至体系呈暗红色稳定溶液。
[0015]步骤(2)中析出芳纶纳米纤维所用水的加入量与所取的取芳纶纳米纤维溶液的体积相同，水的加入方式为逐滴滴加，滴加完后，继续搅拌12～24h，得到均一的胶体状分散体。
[0016]步骤(2)中，芳纶纳米纤维酸化所用的混合酸为硫酸与硝酸的混合酸。其中硫酸浓度为37.5wt％，硝酸的浓度为8.75wt％。酸化时间为1～2h，酸化温度为85～95℃。
[0017]步骤(3)中，酸化芳纶纤维与该步骤所取的取芳纶纳米纤维溶液中的芳纶纤维的质量比为1:9～1:1。
[0018]步骤(3)中，酸化芳纶纤维分散液的体积与步骤(3)所取的取芳纶纳米纤维溶液的体积相同；
[0019]步骤(3)中，将酸化芳纶纤维分散液逐滴滴加到芳纶纳米纤维溶液中，继续搅拌12～24h，得到均一的胶体状分散体。
[0020]步骤(3)中用丙酮将膜与滤纸剥离后，将膜在乙醇和正己烷中浸泡时间均为8～12h，真空干燥的温度为40～60℃，干燥时间为24～48h。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0022]1、Kevlar纤维的溶解时间一般在7～10天才能溶解完全，本专利技术通过添加绿色溶剂，极大的缩短了气溶解时间；2、本专利技术中通过首次提出将酸化芳纶纤维添加到芳纶纤维中，不仅可以借助其在酸化过程中形成的氨基和羧基赋予膜一定的pH相应性，而且解决了芳纶纤维因分子间氢键太强与pH响应材料相容性差的问题；3、本专利技术中在制备膜的过程中借助了真空抽滤的方法，将芳纶纳米纤维与酸化芳纶纳米纤维制备成膜，并首次借助丙酮将湿膜从滤纸上脱离。
附图说明
[0023]图1为实施例1中制备的芳纶基pH响应膜的水通量(a)和牛血清蛋白截留率(b)随着pH值的变化。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术涉及的原料均可从市场上直接购买。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0025]实施例1
[0026](1)将Kevlar
‑
49纤维剪成1
‑
2cm的短切纤维，用丙酮和蒸馏水依次抽提12h，在60℃的真空烘箱中烘24小时，备用。
[0027](2)称取0.0378g去离子水、0.075g氢氧化钾加入到盛有25ml二甲基亚砜的100ml圆底烧瓶中，50℃下磁力搅拌4h，得到浅黄色液体，冷却至室温。
[0028]称取0.05g步骤(1)处理后的Kevlar纤维，加入到上述溶液中。通入氮气除氧半小时，常温下磁力搅拌48h，得到均匀稳定的暗红色芳纶纳米纤维溶液。
[0029](3)取步骤(2)中制得的暗红色芳纶纳米纤维溶液5ml于50ml圆底烧瓶内，向内部逐滴滴加5ml蒸馏水，继续磁力搅拌12h，用蒸馏水借助真空抽滤清洗至中性。
[0030]之后将得到的中性纳米芳纶纤维加入到含硫酸37.5wt％、硝酸8.75wt％的混合酸中，90℃下搅拌1h，迅速降温到室温，用蒸馏水借助用蒸馏水借助真空抽滤清洗至中性，将其分散到15ml蒸馏水中获得酸化芳纶纤维分散液。
[0031](4)将步骤(3)中得到的酸化芳纶纤维分散液逐滴滴加到15ml步骤(2)中得到的暗红色芳纶纳米纤维溶液中，继本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芳纶基pH响应膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)首先对Kevlar纤维进行前处理，然后将处理后的Kevlar纤维加入到溶解有碱和催化剂的有机溶剂中，常温下通入氮气除氧，搅拌得到芳纶纳米纤维溶液，备用；(2)取芳纶纳米纤维溶液，加水析出，并借助真空抽滤用大量的水清洗至中性；之后在将其在混合酸的存在下，加热酸化，得到带有氨基和羧基的酸化芳纶纳米纤维；(3)再取芳纶纳米纤维溶液，将酸化芳纶纤维分散于水中获得酸化芳纶纤维分散液后，将分散液与芳纶纳米纤维溶液混合；然后借助真空抽滤的方法抽滤成膜，并用大量的水将膜洗至中性；将膜和滤纸一起放入丙酮中脱模，将膜依次在乙醇、正己烷中浸泡一定时间，以置换掉前一种溶剂；最后真空干燥，得到芳纶基pH响应膜。2.根据权利要求1所述的一种芳纶基pH响应膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述前处理为：将Kevlar纤维剪成1
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2cm的短切纤维，用丙酮和水分别抽提12h后，40
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70℃烘箱中干燥12
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48h。3.根据权利要求1所述的一种芳纶基pH响应膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中有机溶剂为二甲基亚砜，碱为氢氧化钾、叔丁醇钾、氢氧化钠中的至少一种，催化剂为水或甲醇。4.根据权利要求1所述的一种芳纶基pH响应膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的碱的物质的量为Kevlar纤维中酰胺键的2～6倍，催化剂的量为Kevlar短切纤维中酰胺键的2～6倍，催化剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡继文，王晓，黄振祝，林树东，涂园园，
申请(专利权)人：中科院广州化学所韶关技术创新与育成中心南雄中科院孵化器运营有限公司国科广化南雄新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：