本發(fā)明涉及一種可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、芳香族纖維是一類(lèi)包含芳香族環(huán)結(jié)構(gòu)的合成纖維，常見(jiàn)的包括聚酯(如滌綸)、聚酰胺(如尼龍)和芳香族(如凱夫拉)。這些纖維因其芳香族環(huán)結(jié)構(gòu)而具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，展現(xiàn)了優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。芳香族(如凱夫拉)是一種高性能的聚酰胺纖維，具有多個(gè)芳香族環(huán)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)了極高的強(qiáng)度和耐熱性。凱夫拉纖維比鋼鐵強(qiáng)度更高且比鋼鐵輕，能夠在極高溫度下保持穩(wěn)定，不會(huì)熔化或變形，對(duì)多種化學(xué)物質(zhì)具有優(yōu)異的耐受性。這使得凱夫拉廣泛用于制造防彈衣、防刺穿手套等個(gè)人防護(hù)裝備，同時(shí)也用于航空航天器材和高性能工業(yè)產(chǎn)品如傳動(dòng)帶和增強(qiáng)復(fù)合材料。

2、將芳香族制備成芳香族納米纖維具有重要的科學(xué)與應(yīng)用價(jià)值。芳香族纖維以其卓越的強(qiáng)度、耐熱性和耐化學(xué)性在防護(hù)裝備和航空航天領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)：cn117344549a、cn117551292a。然而，隨著科技的發(fā)展，對(duì)材料性能的需求日益提高，單一的芳香族纖維已難以滿足更高的應(yīng)用要求。通過(guò)將芳香族制備成納米纖維，可以顯著提升其比強(qiáng)度和比模量，增強(qiáng)其在極端條件下的表現(xiàn)，同時(shí)改善其對(duì)微觀環(huán)境的適應(yīng)能力。芳香族納米纖維由于其高表面積與體積比，具有更優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性及更高的比表面積，從而使其在復(fù)合材料、功能涂層和高性能紡織品等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，其在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性面臨挑戰(zhàn)。首先，芳香族納米纖維的去質(zhì)子化過(guò)程需要在嚴(yán)格的化學(xué)環(huán)境中進(jìn)行，涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和高昂的能源消耗，從而導(dǎo)致高成本。這一過(guò)程不僅增加了生產(chǎn)費(fèi)用，還限制了其大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性。其次，芳香族納米纖維的回收難度極大，由于其高度的耐化學(xué)性和物理穩(wěn)定性，使得傳統(tǒng)的回收方法難以有效處理。這種材料的回收技術(shù)尚未成熟，回收過(guò)程繁瑣且成本高昂，進(jìn)一步加劇了環(huán)境負(fù)擔(dān)。探討芳香族納米纖維在去質(zhì)子化及回收中的挑戰(zhàn)，對(duì)于提高其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境可持續(xù)性至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維及其制備方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

3、可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，具體包括以下步驟：

4、步驟1、采用有機(jī)強(qiáng)堿、甲醇和二甲亞砜共同溶解芳香族纖維，獲得芳香族納米纖維溶液；

5、步驟2、將芳香族納米纖維溶液刮涂或鋪膜后得到納米纖維膜，或采用濕法紡絲方式得到纖維，將納米纖維膜/纖維置于凝固浴中進(jìn)行溶劑交換，得到動(dòng)態(tài)鍵自組裝芳綸納米纖維膜/纖維。

6、進(jìn)一步的，所述芳香族纖維是對(duì)位芳綸纖維、聚或聚苯并咪唑等芳香族纖維。

7、進(jìn)一步的，所述步驟1中，芳香族纖維、有機(jī)強(qiáng)堿、甲醇和二甲亞砜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4％、5％、5％和86％。

8、進(jìn)一步的，所述有機(jī)強(qiáng)堿是叔丁醇鉀、甲醇鉀、甲醇鈉、丁基鋰等醇納、醇鉀或堿性有機(jī)金屬化物中的任意一種，且kpa值大于13。

9、進(jìn)一步的，所述步驟2中，制備納米纖維膜時(shí)，將10ml芳香族納米纖維溶液通過(guò)500μm的四面制備器刮涂，或直接倒入12cm的玻璃培養(yǎng)皿中。

10、進(jìn)一步的，凝固浴中包含去離子水、0.5wt％的甲酸溶液、0.5wt％的乙酸溶液和0.5wt％的乙酸乙酯溶液；溶劑交換持續(xù)24h，且每8h重新配置凝固浴。

11、進(jìn)一步的，所述步驟2中，制備納米纖維時(shí)，濕法紡絲針頭為20g，紡絲速度為0.3m/min。

12、可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維，由上述任一項(xiàng)所述方法制備得到。

13、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明以芳香族纖維為原料，用有機(jī)強(qiáng)堿使分子鏈上的酰胺鍵去質(zhì)子化。并且獲得了導(dǎo)致分子鏈上大量負(fù)電荷積累導(dǎo)致脫離纖維主體。即有機(jī)強(qiáng)堿與聚對(duì)苯對(duì)苯二胺、zy?l?on等纖維上的酰胺鍵反應(yīng)，導(dǎo)致氫原子去除，隨后釋放陽(yáng)離子，產(chǎn)生了帶負(fù)電荷的酰胺鍵，使納米纖維溶液處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)去離子水、弱酸溶液或水解呈現(xiàn)弱酸性的鹽類(lèi)提供質(zhì)子使得芳香族納米纖維發(fā)生動(dòng)態(tài)鍵自組裝形成可回收的膜材料。動(dòng)態(tài)鍵自組裝的納米纖維膜中的動(dòng)態(tài)鍵作用再次被上述的有機(jī)強(qiáng)堿破壞，以實(shí)現(xiàn)低成本、快速回收的效果。并且回收后的膜材料可以被在設(shè)計(jì)成為纖維產(chǎn)品和織物產(chǎn)品。該方法為芳香族類(lèi)部分高性能纖維的回收利用提供了一種新思路。

技術(shù)特征：

1.可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，所述芳香族纖維是對(duì)位芳綸纖維、聚或聚苯并咪唑等芳香族纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟1中，芳香族纖維、有機(jī)強(qiáng)堿、甲醇和二甲亞砜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4％、5％、5％和86％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)強(qiáng)堿是叔丁醇鉀、甲醇鉀、甲醇鈉、丁基鋰等醇納、醇鉀或堿性有機(jī)金屬化物中的任意一種，且kpa值大于13。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，制備納米纖維膜時(shí)，將10ml芳香族納米纖維溶液通過(guò)500μm的四面制備器刮涂，或直接倒入12cm的玻璃培養(yǎng)皿中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，凝固浴中包含去離子水、0.5wt％的甲酸溶液、0.5wt％的乙酸溶液和0.5wt％的乙酸乙酯溶液；溶劑交換持續(xù)24h，且每8h重新配置凝固浴。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，制備納米纖維時(shí)，濕法紡絲針頭為20g，紡絲速度為0.3m/min。

8.可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維，其特征在于，由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族納米纖維膜/纖維及其制備方法，本發(fā)明采用鋪膜法和動(dòng)態(tài)鍵自組裝構(gòu)造了可回收/再設(shè)計(jì)的芳香族纖維產(chǎn)品，其中回收的芳香族納米纖維產(chǎn)品可被重新紡絲、織造成織物。將常見(jiàn)的芳香族纖維通過(guò)在有機(jī)堿中破壞酰胺鍵以實(shí)現(xiàn)在二甲亞砜溶劑中的溶解，從而獲得芳香族納米纖維溶液，并進(jìn)一步經(jīng)動(dòng)態(tài)鍵自組裝形成的芳香族納米纖維產(chǎn)品。由于芳香族納米纖維產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)鍵是可逆的，導(dǎo)致有機(jī)堿可以重新破壞芳香族納米纖維膜內(nèi)分子鏈，從而將芳香族納米纖維產(chǎn)品在低成本、低能耗下再一次回收，且被回收成芳香族納米纖維溶液可用于其他形式的芳香族納米纖維基產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)。

技術(shù)研發(fā)人員：殷先澤,陳之誠(chéng),宋毅恒,張智明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢紡織大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30