一种静电纺丝制备氧化铝纳米纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种静电纺丝制备氧化铝纳米纤维的方法，包括：（１）将聚合物溶于溶剂中，得聚合物溶液；然后将乙酰丙酮铝溶液中，得前躯体溶液；（２）取前躯体溶液纺丝；（３）将初生纤维暴露于空气中；然后进行烧结处理，自然冷却，即得氧化铝纳米纤维。本发明专利技术的前躯体溶液保证静电纺丝过程的顺利进行，提高铝在体系中的含量，增强氧化铝纤维的强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属氧化铝纳米纤维的制备领域，特别是涉及一种静电纺丝制备氧化铝纳米 纤维的方法。
技术介绍
静电纺丝是生产纳米氧化铝纤维的一种简单方便的新型方法。这种方法最关键 的环节是前躯体溶液的制备，而其制备过程使用到了溶胶_凝胶法，即具体生产工程为首 先，分别选择氧化铝前躯体和聚合物及合适的溶剂，制成均一的混合溶液；然后，通过氧化 铝前躯体的水解和凝胶化，形成溶胶_凝胶体系；接着，在合适的静电纺丝条件下进行纺 丝，得到初生纤维；最后，在适当的烧结条件下处理初生纤维，将聚合物和其它杂质去除，就 得到了高纯的α相氧化铝纤维。目前，应用于静电纺丝法制备氧化铝纤维的体系并不多，而且在制备过程中以及 所得产物上都存在一定的问题。P. K. Panda和S. Ramakrishna分别使用了 PVA/硝酸铝， PVA/醋酸铝和PEO/硝酸铝作为纺丝前躯体溶液，结果发现硝酸铝前躯体由于硝酸离子的 存在得到的纤维会具有很强的吸湿性，而它们的收集也会因为强烈的排斥力而变得相当的 困难，并得出结论PVA/醋酸铝溶液是静电纺的理想选择，但是最终烧结得到的氧化铝纤维 破碎的程度很大，连续性不是很好。R. W. Tuttle et al使用PVP和醋酸铝的水/乙醇溶 液进行静电纺丝，经过烧结后得到了氧化铝纤维，从SEM图中清晰地观察到纤维的破碎程 度也很大，连续性很差。Abdul-Majeed Azad将乙酰丙酮铝溶于适量丙酮中作为铝的前躯体溶液，并以 适当比例与PVP的乙醇溶液混合制备纺丝液，通过静电纺丝的方法得到了具有均一直径和 高宽比率的纳米纤维，并在烧结后得到了连续透明的氧化铝纤维。本实验中使用的前躯体 由于水解速度适中，不失为氧化铝的一种良好的前躯体，但是很重要的一点是乙酰丙酮铝 在丙酮中的溶解度非常小，所以会使得混合初生纤维中铝的含量过低，无法保证氧化铝的 成纤性和强度，而且实验重复性会很差。因此，找到一种适合于乙酰丙酮铝的溶剂和聚合物 体系，可以有效地解决上述问题。P. K. Panda, S. Ramakrishna. Electrospinning of alumina nanofibers using different precursors. J Mater Sci，2007，42 :2189_2193.R. W. Tuttle, A. Chowdury, Ε. T. Bender, et al. Electrospun ceramic fibers Composition，structureand the fate of precursors. Applied surface science，2008， 254 :4925-4929. Abdul-Majeed Azad. Fabrication of transparent alumina (Al2O3) nanofibers byelectrospinning. Materials Science and Engineering，2006，A435—436 : 468-473.
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该 前躯体溶液保证静电纺丝过程的顺利进行，提高铝在体系中的含量，增强氧化铝纤维的强度。本专利技术的，包括(1)将聚合物溶于溶剂中，加热搅拌，制成质量分数为8% -15%的均一聚合物溶 液；然后将乙酰丙酮铝以相对于聚合物质量的0. 1-3倍加入所述聚合物溶液中，并充分搅 拌，使其溶解于溶剂中形成均相，即得前躯体溶液；(2)取上述前躯体溶液转移至5_20ml的注射器中，其中不锈钢针头内径可依具体 要求选择，电压为8-25KV，推进速率为0. 05ml/min-3ml/min，接收距离为5-25cm，另外，湿 度应控制在35% -65%之间，湿度太大会影响纺丝过程的顺利进行；(3)将步骤(2)制备的初生纤维其暴露于空气中24-48小时，使其充分凝胶化；然 后进行烧结处理，煅烧温度为1200-1500°C ；其中升温阶段在300-500°C保温0. 5_2h，于煅 烧温度下保温0. 5-2h，然后空气浴中自然冷却，即得高纯的氧化铝纳米纤维。所述步骤(1)中的聚合物为聚丙烯腈、聚氨酯等。所述步骤(2)中的溶剂为DMF、DMAc等。所述步骤(2)可使用圆盘、滚筒、平行板或金属网作为负极接收器。所述步骤(2)纺丝的氛围可选择空气浴或溶剂浴。所述步骤(3)升温速率为1-10°C /min。有益效果采用本专利技术的前躯体溶液体系，不仅可以保证静电纺丝过程的顺利进行，而且可 以大大提高铝在体系中的含量，进而保证初生纤维在烧结处理中的成纤性和连续性，有效 增强氧化铝纤维的强度。在此体系中，乙酰丙酮铝在溶液中质量百分数可达到15%，更重要 的是相比于之前的研究其重复性大大增强。由上所述，本专利技术的前躯体溶液体系对于氧化 铝纳米纤维的制备与生产具有非常广阔的应用前景。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1称取乙酰丙酮铝0. 83g，将其溶解于15gDMF中，充分搅拌使其完全溶解；然后称取 PAN1. 67g，将其溶解于上述溶液中，并在50°C下进行加热搅拌，使整个体系达到均一，透明。然后将得到的前躯体溶液进行进行静电纺丝温度为20°C，湿度为50%，设置的 输出电压为18KV，推进泵的推进速度为30μ L/min，接收距离为12cm。将得到的初生纤维在 空气中暴露24小时，以使其充分凝胶化。最后，将上述的得到的初生纤维在合适的条件下进行烧结处理烧结气氛为空气， 升温速率为5°C /min，煅烧温度为1400°C;升温阶段首先在500°C保温lh，然后再于1400°C 保温lh，之后自然降温。烧结过后氧化铝纤维保持了纤维结构，直径大大减小，SEM结果显示氧化铝纤维的 连续性较好。实施例2称取乙酰丙酮铝1. 67g，将其溶解于15gDMAc中，充分搅拌使其完全溶解；然后称 取PAN1. 67g，将其溶解于上述溶液中，并在50°C下进行加热搅拌，使整个体系达到均一，透明。然后将得到的前躯体溶液进行进行静电纺丝温度为25°C，湿度为42%，设置的 输出电压为18KV，推进泵的推进速度为30μ L/min，接收距离为12cm。将得到的初生纤维在 空气中暴露24小时，以使其充分凝胶化。最后，将上述的得到的初生纤维在合适的条件下进行烧结处理烧结气氛为空气， 升温速率为5°C /min，煅烧温度为1400°C;升温阶段首先在500°C保温lh，然后再于1400°C 保温lh，之后自然降温。烧结过后氧化铝纤维仍较好的保持了纤维结构，且直径大大减小，SEM结果显示氧 化铝纤维的连续性很好。实施例3称取乙酰丙酮铝0. 83g，将其溶解于15gDMF中，充分搅拌使其完全溶解；然后称取 PUl. 67g，将其溶解于上述溶液中，并在70°C下进行加热搅拌，使整个体系达到均一，透明。然后将得到的前躯体溶液进行进行静电纺丝温度为27°C，湿度为56%，设置的 输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电纺丝制备氧化铝纳米纤维的方法，包括：（１）将聚合物溶于溶剂中，加热搅拌，制成质量分数为８％－１５％的均一聚合物溶液；然后将乙酰丙酮铝以相对于聚合物质量的０．１－３倍加入所述聚合物溶液中，并充分搅拌，形成均相，即得前躯体溶液；（２）取上述前躯体溶液转移至注射器中，电压为８－２５ＫＶ，推进速率为０．０５ｍｌ／ｍｉｎ－３ｍｌ／ｍｉｎ，接收距离为５－２５ｃｍ，湿度控制在３５％－６５％之间；（３）将步骤（２）制备的初生纤维其暴露于空气中２４－４８小时，使其充分凝胶化；然后进行烧结处理，煅烧温度为１２００－１５００℃，升温速率为１－１０℃／ｍｉｎ；其中升温阶段在３００－５００℃保温０．５－２ｈ，于煅烧温度下保温０．５－２ｈ，然后空气浴中自然冷却，即得氧化铝纳米纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞昊，郭建，朱美芳，陈彦模，朱树琦，苏峰，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[]