一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及高性能薄膜技术领域，具体涉及一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法及应用，所述的制备方法包括：将纳米颗粒均匀分散到混合溶剂中，得到初始纺丝液；在高温高压下将聚醚醚酮均匀溶解于初始纺丝液中，得到最终纺丝液；将最终纺丝液通过闪蒸纺丝设备喷出，得到聚醚醚酮纳米纤维；将聚醚醚酮纳米纤维分丝、铺网、热压制得聚醚醚酮纳米纤维膜；所述的混合溶剂包括高沸点溶剂和低沸点溶剂，所述高沸点溶剂与低沸点溶剂的沸点差为100℃~250℃。所得聚醚醚酮纳米纤维膜具有纤维直径均匀、比表面积大、耐高温、耐溶剂腐蚀、对MOF负载效率高、表面活性高、表面粗糙度大、可负载多种类型的MOF等特点。的MOF等特点。的MOF等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法及应用，属于高性能薄膜


技术介绍

[0002]金属
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有机框架材料（MOF）是由金属离子与有机配体之间自组装形成的有机
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无机杂化材料。金属离子与有机配体通过配位键连接形成规整的晶体结构，晶体内存在孔隙，这些孔隙连接形成了多样化的孔道结构和较大的比表面积。MOF材料在气体分离、催化、药物传输和储气等领域发挥着关键作用。但是MOF晶体颗粒细小（亚微米级），这导致MOF难以回收和循环使用。聚合物膜是常用的MOF基膜用基体膜，具有柔韧、比表面积大、负载量大等优点，但多数聚合物基体膜的耐溶剂性和耐温性较差，在MOF严苛的生长环境（高温高压以及酸、碱或有机溶剂）中会溶解或降解。这严重限制了聚合物膜上负载的MOF类型，需要开发物理性能更加优异的聚合物纳米纤维膜。
[0003]聚醚醚酮具有极佳的耐温性，机械性能突出，高度规整的晶体结构导致其具有极佳的耐溶剂特性，是制备MOF基膜的理想材料。但聚醚醚酮受自身耐温性能和耐溶剂性能的限制，目前无法通过常规熔融纺丝或溶液纺丝获得聚醚醚酮纳米纤维。中国专利CN104313711A通过熔融纺丝法制备了聚醚醚酮纤维，但是该方法制备的纤维直径太粗，聚醚醚酮的摩擦系数小，高度光滑的纤维表面生长的MOF极易脱落。中国专利CN107611322A通过熔融挤出和高温拉伸制备了高强度锂电池隔膜，但是其制备温度极高（约400℃），高温牵伸制备的纤维表面光滑，缺乏MOF晶体成核生长的活性位点，负载MOF后MOF易脱落，不能循环多次吸附脱附使用。中国专利CN110184744A通过将可溶性聚芳醚酮进行静电纺丝，酸化还原，热处理结晶，制得了结晶型聚芳醚酮纳米纤维，但是该方法复杂，生产效率低且产量小，不能规模化生产，而且可溶性聚芳醚酮进行还原反应的可控性差，纤维耐溶剂性能差。中国专利CN114164512A通过闪蒸法制备了聚醚醚酮的纤维和无纺布，但该专利未涉及聚芳醚酮无纺布作为MOF载体膜的应用，同时根据其方法得到的纤维直径非常不均匀，对MOF的负载效率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法及应用，所述的聚醚醚酮纳米纤维膜具有纤维直径均匀、比表面积大、耐高温、耐溶剂腐蚀、可循环、负载效率高、表面活性高、表面粗糙度大、可负载多种类型的MOF的特点，解决了MOF载体膜耐溶剂性能差，高温收缩率大，负载量低，与MOF结合强度低的问题；聚醚醚酮纳米纤维膜上生长MOF后，可以循环吸附小分子气体或固体，具有力学性能好，MOF负载量高，吸附效率高，与MOF的结合强度高，可循环吸附的特点。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法，所述的制备方法包括：
S1、将纳米颗粒均匀分散到混合溶剂中，得到初始纺丝液；S2、将聚醚醚酮均匀溶解于S1的初始纺丝液中，得到最终纺丝液；S3、将最终纺丝液通过闪蒸纺丝设备喷出，得到聚醚醚酮纳米纤维；S4、将聚醚醚酮纳米纤维分丝、铺网、热压制得聚醚醚酮纳米纤维膜；所述的混合溶剂包括高沸点溶剂和低沸点溶剂，所述高沸点溶剂与低沸点溶剂的沸点差为100℃~250℃，所述高沸点溶剂的沸点为120℃~250℃，所述低沸点溶剂的沸点为
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30℃~80℃。
[0006]进一步的，所述的低沸点溶剂为六氟异丙醇、二氟一氯甲烷、四氟二氯乙烷、四氯化碳、二氯甲烷、氯仿、氯甲烷、氯乙烷、戊烷、环戊烷、液氨、二氧化硫、甲胺、二硫化碳、丙酮、甲醇、四氢呋喃、己烷、三氟代乙酸、苯中的一种或几种混合；所述的高沸点溶剂为二氯乙酸、一氯乙酸、三氯乙酸、二甲基亚砜（DMSO）、N,N
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二甲基甲酰胺（DMF）、N,N
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二甲基乙酰胺（DMAc）、N
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甲基吡咯烷酮（NMP）、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、2
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氯甲苯、3
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氯甲苯中的一种或几种混合。
[0007]进一步的，纳米颗粒与混合溶剂的质量比为1：（5~99）；聚醚醚酮与混合溶剂的质量比为1：（1~99）；纳米颗粒与聚醚醚酮的质量比为1：（2~30）；按照重量份数计，所述的混合溶剂中，高沸点溶剂为1~25份，低沸点溶剂为75~99份。
[0008]优选的，所述的混合溶剂为二氯乙酸和六氟异丙醇的混合物；按照重量份数计，所述的混合溶剂中，六氟异丙醇为75~95份，二氯乙酸为5~25份。
[0009]进一步的，所述纳米颗粒的粒径＜10um，所述纳米颗粒为多巴胺、壳聚糖、木质素、氧化石墨烯、二氧化硅、沸石、氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铜、氧化钙、氮化硼、碳化硅、碳纳米管、云母、纳米碳纤维、纳米银、纳米铜、纳米钛、纳米铁、纳米钴、纳米镍、纳米铬、纳米锌、纳米铅、纳米金中的一种或几种。
[0010]进一步的，步骤S1的具体操作为：采用超声将纳米颗粒均匀的分散到混合溶剂中，得到初始纺丝液；步骤S2的具体操作为：将聚醚醚酮在高温高压装置中通过高剪切力均匀溶解于S1的初始纺丝液中，得到最终纺丝液，所述高温高压装置中的温度条件为100℃~500℃，所述高温高压装置中的压力条件为0.1Mpa~100MPa，高剪切力包括轴向剪切力、径向剪切力及两者的结合。
[0011]所述的高温高压装置包括但不限于：反应釜、螺杆挤出机或密炼机，所述高温高压装置中用的气体包括但不限于：氮气、二氧化碳、氩气、氖气、氦气中的一种或几种混合。
[0012]进一步的，步骤S3中，闪蒸纺丝设备喷出的聚醚醚酮纳米纤维的直径为10
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900nm。所述闪蒸纺丝的步骤包括投料、溶解、喷丝、分丝、铺网、热压、收卷及溶剂回收，属于本领域的公知技术，具体工艺参数，根据实际生产需要确定。
[0013]进一步的，步骤S4中，所述热压为鼓式热压，温度为100℃~300℃，线压力为5~500N/mm，车速为10~100m/min；所述聚醚醚酮纳米纤维膜的比表面积＞40 m2/g。
[0014]本专利技术还公开了所述聚醚醚酮纳米纤维膜的应用，所述的聚醚醚酮纳米纤维膜应用于MOF基膜、反渗透膜的基膜、催化剂载体膜、电池隔膜或复合材料的增强。
[0015]进一步的，所述聚醚醚酮纳米纤维膜作为MOF基膜，所述MOF基膜上负载的MOF为莱
瓦希尔骨架系列（MIL）、网状金属和有机骨架系列（IRMOF）、类沸石咪唑骨架系列（ZIF）、孔通道式骨架系列（PCN）、UiO系列、KAUST系列、配位柱层系列（CPL）和孔笼
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孔道多孔协调网络系列（PCN）中的任意一种。
[0016]所述聚醚醚酮纳米纤维膜用于MOF基膜可在酸、碱、盐、有机溶剂条件或高温下，多次负载MOF，聚醚醚酮纳米纤维膜负载MOF后可用于气体存储、气体分离、催化、药物缓释、污水净化、传感器等领域。
[0017]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：S1、将纳米颗粒均匀分散到混合溶剂中，得到初始纺丝液；S2、将聚醚醚酮均匀溶解于S1的初始纺丝液中，得到最终纺丝液；S3、将最终纺丝液通过闪蒸纺丝设备喷出，得到聚醚醚酮纳米纤维；S4、将聚醚醚酮纳米纤维分丝、铺网、热压制得聚醚醚酮纳米纤维膜；所述的混合溶剂包括高沸点溶剂和低沸点溶剂，所述高沸点溶剂与低沸点溶剂的沸点差为100℃~250℃，所述高沸点溶剂的沸点为120℃~250℃，所述低沸点溶剂的沸点为
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30℃~80℃。2.根据权利要求1所述一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的低沸点溶剂为六氟异丙醇、二氟一氯甲烷、四氟二氯乙烷、四氯化碳、二氯甲烷、氯仿、氯甲烷、氯乙烷、戊烷、环戊烷、液氨、二氧化硫、甲胺、二硫化碳、丙酮、甲醇、四氢呋喃、己烷、三氟代乙酸、苯中的一种或几种混合；所述的高沸点溶剂为二氯乙酸、一氯乙酸、三氯乙酸、二甲基亚砜、N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、2
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氯甲苯、3
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氯甲苯中的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，纳米颗粒与混合溶剂的质量比为1：（5~99）；聚醚醚酮与混合溶剂的质量比为1：（1~99）；纳米颗粒与聚醚醚酮的质量比为1：（2~30）；按照重量份数计，所述的混合溶剂中，高沸点溶剂为1~25份，低沸点溶剂为75~99份。4.根据权利要求1所述一种聚醚醚酮纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的混合溶剂为二氯乙酸和六氟异丙醇的混合物；按照重量份数计，所述的混合溶剂中，六氟异丙醇为75~95份，二氯乙酸为5~25份。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘萍，孙静，张峻华，江明，李明涛，王裕成，李东，
申请(专利权)人：烟台民士达特种纸业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：