專利名稱：一種間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
靜電紡絲作為一種能夠直接、連續(xù)制備聚合物納米纖維的方法，受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。通過(guò)靜電紡絲獲得的纖維直徑分布一般在幾納米至幾微米之間，由這些纖維構(gòu)成的膜材料具有比表面積大、纖維膜孔徑小、孔隙率高和纖維連續(xù)性好等特點(diǎn)，使其在信息、能源、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。其中材料的應(yīng)用性能很大程度上決定于靜電紡纖維的直徑，纖維的直徑越小，尤其是當(dāng)纖維平均直徑小于20nm時(shí)，其膜材料的應(yīng)用性能和范圍可獲得大幅提升。納米蛛網(wǎng)是一種近期被發(fā)現(xiàn)的新穎纖維結(jié)構(gòu)，它是以超細(xì)纖維為支架的、具有類似于蜘蛛網(wǎng)、肥皂泡結(jié)構(gòu)的二維網(wǎng)狀纖維膜材料，網(wǎng)中纖維的平均直徑為5 30nm比普通電紡纖維的直徑低一個(gè)數(shù)量級(jí)，孔徑在20 300nm之間，且大多數(shù)網(wǎng)孔以穩(wěn)定的六邊形結(jié)構(gòu)存在，賦予了材料更大的比表面積、突出的吸附性能和力學(xué)穩(wěn)定性等。間位芳綸(聚間苯二甲酰間苯二胺)是軍民兩用的有機(jī)耐高溫纖維新材料，具有優(yōu)異的耐高溫性，良好的尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)良的阻燃性、耐腐蝕性和電絕緣性，是航空航天、國(guó)防、電子、通訊、環(huán)保、化工和海洋開發(fā)等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料。張家港耐爾納米科技有限公司的姚理榮等(申請(qǐng)?zhí)?01010166400，公開號(hào)CN101838888A)提供了一種靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，但其制備的納米纖維直徑為50nm 5um，纖維直徑比較粗，材料的應(yīng)用性能受到很大限制。因此，結(jié)合納米蛛網(wǎng)技術(shù)制備一種平均纖維直徑更小的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜可望提升原有材料的應(yīng)用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好物理化學(xué)性能的同時(shí)，纖維直徑更小的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法，其特征在于，具體步驟如下第一步將鹵鹽和有機(jī)溶劑以質(zhì)量比為I : 189 I : 9混合，配制成離子液體溶劑體系；第二步將間位芳綸以質(zhì)量比為I : 19 I : 4溶解于第一步得到的離子液體溶劑體系，攪拌，得到間位芳綸和鹵鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5 20%和0. 5 8%的間位芳綸電紡原料；第三步將第二步得到的間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中進(jìn)行靜電紡絲，制得間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。優(yōu)選地，所述的第一步中的鹵鹽為氯化鈣、氯化鋰、氯化鈉、氯化鐵和溴化鋰中的任意一種或幾種的混合物。
優(yōu)選地，所述的第一步中的有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞砜中的任意一種或幾種的混合物。優(yōu)選地，所述的第三步中的靜電紡絲的工藝參數(shù)為溫度為室溫25°C，濕度為40%及以下，靜電壓為20 60千伏，注射泵的流速為0. I 3mL/h，纖維接收距離為8 30cmo采用本發(fā)明提供的制備方法制得的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜是以超細(xì)電紡纖維為支架、具有類似于蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的二維網(wǎng)狀纖維膜材料，網(wǎng)中纖維的平均直徑為8 19nm，平均孔徑為50 112nm。本發(fā)明制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜與普通靜電紡纖維膜纖維相比，其纖維直徑更小、比表面積更大、纖維膜孔徑更小、孔隙率更高，同時(shí)具有間位芳綸突出的耐高溫性、防火性和良好的尺寸穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于高溫過(guò)濾、防護(hù)、電池隔離膜、傳感和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。實(shí)施例I鹵鹽選用氯化鋰；有機(jī)溶劑選用N，N- 二甲基乙酰胺。具體步驟如下第一步在室溫25°C下，將0. Ig氯化鋰加入到18. 9gN, N- 二甲基乙酰胺中溶解，配制成離子液體溶劑體系；第二步將Ig間位芳綸加入到第一步得到的離子液體溶劑體系中，用攪拌器攪拌至間位芳綸完全溶解，得到間位芳綸、氯化鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、0. 5%的間位芳綸電紡原料；第三步在濕度為35%的條件下，將第二步得到的間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中，在靜電壓20kV，注射泵流速為0. lmL/h，纖維接收距離為8cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到厚度約為0. 01 0. 5mm的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。實(shí)施例2鹵鹽選用氯化鈣與氯化鈉的混合物；有機(jī)溶劑選用N，N_ 二甲基甲酰胺。具體步驟如下第一步在室溫25°C下，將0. Sg氯化鈣與氯化鈉(質(zhì)量比I : I)的混合鹵鹽加入到17. 2gN, N-二甲基甲酰胺中溶解，配制成離子液體溶劑體系；第二步將2g間位芳綸加入到第一步得到的離子液體溶劑體系，用攪拌器攪拌至間位芳綸完全溶解，得到間位芳綸、氯化鈣與氯化鈉的混合鹵鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、4%的間位芳綸電紡原料；第三步在濕度為30%的條件下，將第二步得到的間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中，在靜電壓為30kV，注射泵流速為lmL/h，纖維接收距離為15cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到厚度約為0. 01 0. 5mm的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。實(shí)施例3鹵鹽選用氯化鋰與氯化鐵的混合物；有機(jī)溶劑選用N-甲基吡咯烷酮。具體步驟如下
第一步在室溫25°C下，將I. 2g氯化鋰與氯化鐵(質(zhì)量比2 I)的混合鹵鹽加入到15. SgN-甲基吡咯烷酮中溶解，配制成離子液體溶劑體系；第二步將3g間位芳綸加入到第一步得到的離子液體溶劑體系，用攪拌器攪拌至間位芳綸完全溶解，得到間位芳綸、氯化鋰與氯化鐵的混合鹵鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15%、6%的間位芳綸電紡原料；第三步在濕度為25%的條件下，將第二步得到的間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中，在靜電壓為45kV，注射泵流速為2mL/h，纖維接收距 離為20cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到厚度約為0. 01 0. 5mm的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。實(shí)施例4鹵鹽選用氯化鈣與溴化鋰的混合物；有機(jī)溶劑選用N，N-二甲基乙酰胺與二甲基亞砜的混合溶劑。具體步驟如下第一步在室溫25°C下，將I. 6g氯化鈣與溴化鋰(質(zhì)量比3 I)的混合鹵鹽加入到14. 4gN，N-二甲基乙酰胺與二甲基亞砜(質(zhì)量比2 I)的混合有機(jī)溶劑中溶解，配制成離子液體溶劑體系；第二步將4g間位芳綸加入到第一步得到的離子液體溶劑體系，用攪拌器攪拌至間位芳綸完全溶解，得到間位芳綸、氯化鈣與溴化鋰的混合鹵鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%、8%的間位芳綸電紡原料；第三步在濕度為20%的條件下，將第二步得到的間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中，在靜電壓為60kV，注射泵流速為3mL/h，纖維接收距離為30cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到厚度約為0. 01 0. 5mm的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。將實(shí)施例1-4制得的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡FE-SEM(S-4800, Hitachi Ltd.，Japan)觀測(cè)制備的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的表面形態(tài)，結(jié)合圖像分析軟件(Adobe Photoshop CS2 9. 0)測(cè)其平均纖維直徑、網(wǎng)中纖維平均直徑、蛛網(wǎng)平均孔徑，用表面積分析儀(Micromeritics，ASAP 2020)測(cè)纖維膜孔隙率和比表面積，具體數(shù)據(jù)如表I所示表I
平均纖纟隹直徑網(wǎng)中纖維平均蛛網(wǎng)平均孔徑比表面積
..孔_率/%2 ;
/nm直徑/nm/nm '/mg
實(shí)施例 I3285094.740.09
實(shí)施例 23810' 6292.434.76
實(shí)施例 355158591.828.13
實(shí)施例 4721911291.317.53由表I可見(jiàn)，采用本發(fā)明提供的制備方法制得的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜，其纖維平均直徑最小可達(dá)32nm,網(wǎng)中纖維平均直徑最小可達(dá)8nm,纖維膜孔徑最小可達(dá)50nm,孔隙率最高可達(dá)94. 7%，比表面積最大可達(dá)40. 09m2/g，上述間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的結(jié)構(gòu)特征可大幅提升纖維膜的應(yīng)用性能和范圍，是一種先進(jìn)的高性能膜材料。
權(quán)利要求
1.一種間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法，其特征在于，具體步驟如下 第一歩將鹵鹽和有機(jī)溶劑以質(zhì)量比為I : 189 I : 9混合，配制成離子液體溶劑體系; 第二歩將間位芳綸以質(zhì)量比為I : 19 I : 4溶解于第一歩得到的離子液體溶劑體系，攪拌，得到間位芳綸和鹵鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5 20%和O. 5 8%的間位芳綸電紡原料； 第三歩將第二步得到的間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中進(jìn)行靜電紡絲，制得間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。
2.如權(quán)利要求I所述的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的第一歩中的鹵鹽為氯化鈣、氯化鋰、氯化鈉、氯化鐵和溴化鋰中的任意ー種或幾種的混合物。
3.如權(quán)利要求I所述的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的第一歩中的有機(jī)溶劑為N，N-ニ甲基甲酰胺、N，N-ニ甲基こ酰胺、N-甲基吡咯烷酮和ニ甲基亞砜中的任意ー種或幾種的混合物。
4.如權(quán)利要求I所述的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的第三步中的靜電紡絲的エ藝參數(shù)為 .溫度為室溫25°C，濕度為40%及以下，靜電壓為20 60千伏,注射泵的流速為O. I 3mL/h，纖維接收距離為8 30cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜的制備方法。所述的制備方法為將間位芳綸溶解于鹵鹽和有機(jī)溶劑混合，配制成的離子液體溶劑體系中，得到間位芳綸電紡原料；將上述間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中進(jìn)行靜電紡絲，制得間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜。本發(fā)明制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，制得的間位芳綸納米蛛網(wǎng)纖維膜與普通靜電紡纖維膜纖維相比，其纖維直徑更小、比表面積更大、纖維膜孔徑更小、孔隙率更高，同時(shí)具有間位芳綸突出的耐高溫性、防火性和良好的尺寸穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于高溫過(guò)濾、防護(hù)、電池隔離膜、傳感和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)D01F6/60GK102704028SQ20121016918
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月26日
發(fā)明者丁彬, 俞建勇, 孫剛, 王先鋒, 王曉茹 申請(qǐng)人:東華大學(xué)