一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)，其屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計將氧化石墨烯、石墨烯、碳納米管、修飾的碳納米管在超聲霧化的作用下，將其紡入高分子前驅(qū)體中，從而實現(xiàn)其均勻混入制備復(fù)合膜材料，在吸附與分離、電極材料制備等領(lǐng)域具有重要意義。
【背景技術(shù)】
[0002]制備納米纖維膜的方法有很多，如模版合成法、相分離法、自組裝法、拉伸法，但若要考慮設(shè)備復(fù)雜性、工藝可控性、紡紗成本、產(chǎn)率及其纖維尺寸可控度等方面的要求，這些方法仍然具有一定的局限性。而靜電紡絲技術(shù)是一種能夠直接、聯(lián)系制備聚合物納米纖維膜的方法，并可通過添加石墨烯、碳納米管等添加物來對單純紡絲膜進(jìn)行改性、增強(qiáng)、修飾，可以進(jìn)一步提高電紡絲膜的物理化學(xué)性能。賈寶平等人(CN103938366A)將氧化石墨烯水溶液與聚乙烯醇混合后，攪拌分散得到紡絲原液，然后將氧化石墨烯與聚乙烯醇紡絲溶液電紡，得到氧化石墨烯與聚乙烯醇的復(fù)合膜，最后將氧化石墨烯與聚乙烯醇復(fù)合膜在丙酮、去離子水、鹽酸、和交聯(lián)劑的混合溶液中進(jìn)行處理得到經(jīng)過交聯(lián)的氧化石墨烯與聚乙烯醇復(fù)合膜，通過該中方法，得到高分離效率、濕膜強(qiáng)度好及優(yōu)良耐水性能的分離膜。但是在靜電紡絲過程中，高壓靜電場使聚合物溶液或者熔體帶電并產(chǎn)生形變的過程中，如果聚合物中添加有無機(jī)材料，則容易造成電紡絲噴頭堵塞，從而中斷紡絲過程;此外也不容易提高添加物的比例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對常規(guī)靜電紡絲技術(shù)在電紡過程中，納米粒子容易堵塞紡絲噴頭、所制備的納米粒子/纖維膜混合不均勻以及添加物比例不高等問題，提出了一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)，通過超聲霧化與靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行混合聯(lián)用以實現(xiàn)納米粒子在聚合物纖維中的均勻混合。
[0004]本方法解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)，它包括如下步驟:
(1)將高分子前驅(qū)體溶于有機(jī)溶劑中，配成濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12%的電紡液，將電紡液置于注射器內(nèi)；所述高分子前驅(qū)體為聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯吡咯烷酮，所述有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；
(2)將添加物與有機(jī)溶劑配置成添加物溶液，添加物溶液的濃度為l-5mg/mL，將添加物溶液置于超聲霧化器內(nèi)；所述添加物為氧化石墨烯、石墨烯、功能化修飾的碳納米管或碳納米管，所述有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺;所述功能化修飾的碳納米管為親水性羧基化碳納米管、磺酸基化碳納米管或羥基化碳納米管；
(3)電紡液采用靜電紡絲工藝，工藝參數(shù)為紡絲電壓為8?22kV，電紡液的流速為0.01?10mL/h，紡絲距離為5-15011，轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)速為100-1500印111; (4)添加物溶液采用超聲霧化工藝，超聲霧化的功率為50W，頻率為1.7 MHz，霧化率23mL/min；
(5)靜電紡絲工藝與超聲霧化工藝采用同時連續(xù)持續(xù)進(jìn)行或靜電紡絲工藝與超聲霧化工藝單獨交替操作。采用以上工藝能實現(xiàn)添加物任意比例的添加，特別是添加物比例高的材料比現(xiàn)有技術(shù)更有優(yōu)勢。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:該技術(shù)采用將所制備的石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管等納米粒子分散進(jìn)入超聲霧化器的儲備罐，實現(xiàn)納米粒子的霧化噴出，避免常規(guī)混合法造成的納米粒子堵塞問題。通過超聲霧化與靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行混合聯(lián)用，所制備的納米粒子聚合物復(fù)合膜具有納米粒子混合均勻、不易形成團(tuán)聚，該技術(shù)制備得到的聚合物纖維膜分離效率高、強(qiáng)度好，耐水性能優(yōu)異，提高了復(fù)合膜材料的物理化學(xué)性能。與現(xiàn)有靜電紡絲技術(shù)相比，可以實現(xiàn)石墨烯、碳納米管的任意摻入比例，克服常規(guī)靜電紡絲噴頭堵塞問題，在環(huán)境處理及其電極材料制備方面具有重要的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0007]圖1是超聲霧化輔助靜電紡絲示意圖。
[0008]圖2是實施例1中氧化石墨烯聚丙烯腈復(fù)合膜圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行闡述，應(yīng)理解引用實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0010]實施例1
將聚丙稀腈(Mw=150,000)溶于二甲基乙酰胺中，配成濃度10 Wt.%的電紡液，取20 mL的聚丙烯腈溶液分別置于兩個10 mL注射器內(nèi)，取200 mL的濃度為2 mg/mL的氧化石墨烯溶液于超聲霧化器中。在針頭內(nèi)徑為0.2 mm，針頭與接收器兩端電壓為22 kV、間距為13 cm,推進(jìn)速度為0.8 L/h，超聲霧化功率為50 W的條件下進(jìn)行超聲霧化輔助靜電紡絲得到氧化石墨烯與聚丙烯腈纖維的復(fù)合材料，操作模式如圖1所示，所得氧化石墨烯與聚丙烯腈復(fù)合膜如圖2所示，其中氧化石墨烯的添加比例為10%。
[0011]實施例2
將聚乙烯吡咯烷酮溶于二甲基甲酰胺溶劑中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 Wt.%的電紡液，然后稱取定量的碳納米管置入二甲基乙酰胺中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 wt.%，并充分?jǐn)嚢韬统暦稚?，得到分散均勻的碳納米管分散液400mL。電紡工藝參數(shù):在注射器體積為10 mL，針頭內(nèi)徑為0.2mm，針頭與接收器兩端電壓為22 kV、間距為15 cm，電紡液推進(jìn)速度為0.8 L/h。同時，啟動超聲霧化裝置，將碳納米管霧化進(jìn)入電紡膜中，同時根據(jù)需要，現(xiàn)實碳納米管與聚乙烯吡咯烷酮膜的均勻混合，其中碳納米管的添加比例為10%。
[0012]以上依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍內(nèi)來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項】
1.一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)，其特征在于，它包括如下步驟: (1)將高分子前驅(qū)體溶于有機(jī)溶劑中，配成高分子前驅(qū)體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12%的電紡液，將電紡液置于注射器內(nèi)；所述高分子前驅(qū)體為聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯吡咯烷酮； (2)將添加物與有機(jī)溶劑配置成添加物溶液，添加物溶液的濃度為l-5mg/mL，將添加物溶液置于超聲霧化器內(nèi)；所述添加物為氧化石墨烯、石墨烯、功能化修飾的碳納米管或碳納米管，所述功能化修飾的碳納米管為親水性羧基化碳納米管、磺酸基化碳納米管或羥基化碳納米管； (3)電紡液采用靜電紡絲工藝，工藝參數(shù)為紡絲電壓為8?22kV，電紡液的流速為0.0l?10mL/h，紡絲距離為5-15011，轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)速為100-1500印111; (4)添加物溶液采用超聲霧化工藝，超聲霧化的功率為50W，頻率為1.7 MHz，霧化率23mL/min； (5)靜電紡絲工藝與超聲霧化工藝采用同時連續(xù)持續(xù)進(jìn)行或靜電紡絲工藝與超聲霧化工藝單獨交替操作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)，其特征在于:所述有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺。
【專利摘要】一種超聲霧化輔助靜電紡絲技術(shù)，屬于納米材料制備及其應(yīng)用領(lǐng)域，該技術(shù)采用將所制備的石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管等納米粒子分散進(jìn)入超聲霧化器的儲備罐，實現(xiàn)納米粒子的霧化噴出，避免常規(guī)混合法造成的納米粒子堵塞問題。通過超聲霧化與靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行混合聯(lián)用，所制備的納米粒子聚合物復(fù)合膜具有納米粒子混合均勻、不易形成團(tuán)聚，該技術(shù)制備得到的聚合物纖維膜分離效率高、強(qiáng)度好，耐水性能優(yōu)異，提高了復(fù)合膜材料的物理化學(xué)性能。與現(xiàn)有靜電紡絲技術(shù)相比，可以實現(xiàn)石墨烯、碳納米管的任意摻入比例，克服常規(guī)靜電紡絲噴頭堵塞問題，在環(huán)境處理及其電極材料制備方面具有重要的應(yīng)用前景。
【IPC分類】D01F1/10, D01D5/00
【公開號】CN105568401
【申請?zhí)枴緾N201510913816
【發(fā)明人】王剛, 邱介山, 董強(qiáng)
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月12日