用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用技术

本发明专利技术属于特殊润湿性纳米材料技术领域，公开了一种具有超疏水性能的耐高温聚酰胺酰亚胺纳米纤维材料及其制备方法、以及在制备过滤材料中的应用。其中，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，通过静电纺丝形成纳米级的纤维直径，其具有耐高温性质，且水接触角大于150

【技术实现步骤摘要】
用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用


[0001]本专利技术属于高性能材料及空气过滤交叉
，或属于特殊润湿性纳米材料
，具体涉及一种具有超疏水性能的耐高温聚酰胺酰亚胺纳米纤维材料及其制备方法、以及在制备过滤材料中的应用。本专利技术主要通过静电纺丝技术，制备高性能超疏水PAI纳米纤维材料，实现其在极端条件(如高温，潮湿等)过滤领域的应用。

技术介绍

[0002]随着我国对工业废气排放，尤其是火力电厂、钢铁冶炼、垃圾焚烧和水泥窑炉等重污染工业产生的高温含尘烟气排放制定了越来越严格的标准，耐高温空气过滤材料越来越受到人们的关注。同时，耐高温空气过滤材料也被广泛地应用于汽车行业、制药工业、环保业、核工业及军事领域等。全世界对过滤材料的需求也在逐年上升，对空气净化行业也提出了更高的要求，在空气过滤领域非织造过滤材料已经逐渐取代传统纺织过滤材料，耐高温空气过滤材料迎来了迅速发展的时代。但目前大多数滤料的纤维直径较大，孔径大，导致对于微小颗粒的捕捉能力较差。
[0003]而通过静电纺丝制备的纤维膜具有比表面积大、孔径尺寸小，对细微颗粒物过滤效率高等特点，可被用作高效空气过滤材料。因此，利用静电纺丝技术制备具有耐高温性的高效过滤材料迫在眉睫。
[0004]公开号为CN 113832558 A的中国专利文献公开了一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺(PAI)卷曲纳米纤维及其制备方法，其所用的聚合物为PAI，通过添加羟基磷灰石、二氧化硅、聚四氟乙烯、氮化硅、石墨烯等驻极材料，来控制静电纺丝设备所成型的卷曲纳米纤维材料的结构和驻极效应，所得材料具有纳米级的纤维直径，其兼具结构优势和表面效应。然而，目前多数过滤材料为亲水材料，在湿态下其过滤性能会大大降低，而且不容易清洁；对于具有驻极效应的过滤材料，较高亲水性会影响其驻极效果。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用，本专利技术提供的耐高温纳米纤维主要用作过滤材料，其具有超疏水性、易清洁除尘，而且对细微颗粒物具有较高的过滤效率。
[0006]本专利技术提供一种用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，通过静电纺丝形成纳米级的纤维直径，其具有耐高温性质，且水接触角大于150
°
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0008]本专利技术实施例所述的用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，以耐高温聚合物PAI、疏水添加剂以及良溶剂的混合溶液作为静电纺丝液，利用静电纺丝设备一步制得所述的超疏水PAI纳米纤维材料，所述纤维材料的主要成分为疏水改性PAI，水接触
角大于150
°
，即具有超疏水性。
[0009]其中：
[0010]优选地，所述的超疏水PAI纳米纤维具有平直均匀的纳米级纤维形态，直径范围可控；其纤维平均直径为10nm～1000nm，优选为50nm～500nm，进一步优选为100～300nm。
[0011]优选地，所述的超疏水PAI纳米纤维材料具有良好的耐高温性能，如纤维结构在低于235℃环境下保持稳定；其纤维结构进一步可在100～230℃环境下保持稳定。
[0012]本专利技术提供如前所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将聚酰胺酰亚胺、良溶剂和疏水添加剂混合，得到纺丝溶液；所述聚酰胺酰亚胺在纺丝溶液中的质量浓度不低于10％；所述疏水添加剂为低表面能有机物质和/或疏水无机纳米粒子；
[0014]将所述纺丝溶液使用静电纺丝设备进行静电纺丝，得到超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维。
[0015]本专利技术实施例超疏水PAI纳米纤维的制备方式为静电纺丝，首先将聚酰胺酰亚胺(PAI)溶解于良溶剂中，获得聚合物溶液，然后加入疏水添加剂，搅拌均匀后配成稳定的纺丝溶液(即静电纺丝液)。
[0016]本专利技术实施例主要采用聚酰胺酰亚胺，溶于其良溶剂中配制纺丝原液；聚酰胺酰亚胺简称PAI(Polyamide
‑
imide)，是酰亚胺环和酰胺键有规则交替排列的一类聚合物。在本专利技术的实施例中，所述聚酰胺酰亚胺形态为粉末状，采用市售原料。具体地，所用PAI分子量在10万左右，PAI玻璃化温度为250～300℃，热转变温度为269℃。所述的聚合物在纺丝溶液中的质量浓度不低于10％，优选为10％～32％，更优选为17％～30％，进一步为25％。较低浓度的聚酰胺酰亚胺纺丝液制备纤维时，容易出现串珠状纤维。
[0017]同时，本专利技术实施例添加疏水整理剂或疏水纳米粒子作为疏水添加剂，配制共混的纺丝液。本专利技术所述疏水添加剂为具有一定疏水功能的物质，具体为低表面能有机物质、疏水无机纳米粒子中的一种或多种。其中，所述低表面能有机物质包括但不限于：全氟辛基三乙氧基硅烷、C12～16长链烷基三甲氧基硅烷、十八胺和聚四氟乙烯中的一种或多种，例如为1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三乙氧基硅烷、十八胺、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或聚四氟乙烯；所述疏水无机纳米粒子如：纳米二氧化硅和纳米二氧化钛中的一种或多种，粒径范围20nm～200nm。作为优选，所述疏水添加剂在纺丝溶液中的含量为0.01～5％wt/v，例如在100ml溶液中加入1～5g。
[0018]在本专利技术的实施例中，所述良溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、N,N
‑
二甲基乙酰胺(DMAC)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿和二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种，优选为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)。本专利技术实施例具体将上述的聚合物及其良溶剂混合后，在30～60℃搅拌3～8h使PAI溶解，之后加入疏水(性)添加剂，可室温搅拌，配成均匀的纺丝液。
[0019]本专利技术实施例利用高压静电纺丝设备进行静电纺丝，所述静电纺丝得到的纳米纤维可收集到无纺布基材上，形成具有超疏水性能的PAI纳米纤维膜。该制备过程可通过调控纺丝工艺参数，以及纺丝液的组成来控制所成型纳米纤维材料的结构和润湿性。
[0020]在本专利技术实施例所述的静电纺丝过程中，纺丝电压为10～50KV，接收距离为10～50cm，例如为12～25cm等。本专利技术实施例可通过常规静电纺丝设备进行纺丝，环境湿度10～
90％(一般来说，相对湿度：35％～40％)，温度优选为15～50℃(如环境温度为25℃)；灌注速度优选为0.1～10ml/h，速度可调，纺丝时间可为0.1～10h，例如为0.5～5h等。
[0021]本专利技术优选的实施例还包括：将所述的纳米纤维膜烘干去除残留溶剂，得到干燥的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜。示例地，将纳米纤维膜置于20～70℃真空烘箱中烘干4～10h，以完全去除残留溶剂。
[0022]此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其特征在于，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，通过静电纺丝形成纳米级的纤维直径，其具有耐高温性质，且水接触角大于150
°
。2.根据权利要求1所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其特征在于，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的平均直径在10～1000nm范围，且平直均匀。3.根据权利要求1所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其特征在于，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的纤维结构在低于235℃环境下保持稳定。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：将聚酰胺酰亚胺、良溶剂和疏水添加剂混合，得到纺丝溶液；所述聚酰胺酰亚胺在纺丝溶液中的质量浓度不低于10％；所述疏水添加剂为低表面能有机物质和/或疏水无机纳米粒子；将所述纺丝溶液使用静电纺丝设备进行静电纺丝，得到超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酰亚胺形态为粉末状，在纺丝溶液中的质量浓度为10％～32％，优选为17％～30％。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，张晓玉，牛海涛，
申请(专利权)人：江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：