專利名稱：靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
靜電紡納米纖維的制備和應(yīng)用研究是當(dāng)前納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，目前已有上 百種天然材料和高分子聚合物被成功靜電紡成納米纖維。近年來(lái)，靜電紡無(wú)機(jī)納米纖維材 料的制備也不斷獲得新的突破。靜電紡納米纖維材料因其特有的性能在醫(yī)用生物材料、高 性能過(guò)濾材料、電池隔膜、傳感器、防護(hù)服以及太能電池等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 世界各國(guó)非常重視靜電紡絲技術(shù)和靜電紡納米纖維材料的研究，其中韓國(guó)政府將靜電紡納 米纖維材料確定為未來(lái)新興材料，對(duì)相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用研究進(jìn)行大力扶持。隨著多噴頭和無(wú) 噴頭靜電紡絲技術(shù)的突破，靜電紡納米纖維的產(chǎn)業(yè)化障礙已被跨越，當(dāng)前研究的重點(diǎn)是新 型靜電紡絲溶液的制備和靜電紡納米纖維材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。芳綸纖維、碳纖維和高強(qiáng)高模聚乙烯纖維被認(rèn)為是當(dāng)前最重要的三種高性能纖 維。其中，芳綸纖維中的對(duì)位芳綸和間位芳綸具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、 重量輕等優(yōu)良特性，被用于軍工、宇航等高尖領(lǐng)域。但到目前為止芳綸纖維的良溶劑非常 少，對(duì)位芳綸纖維只溶于濃度90%以上的濃硫酸，間位芳綸纖維只溶于少數(shù)含鹵化鹽的溶 角軍體系中° 如論文"Structure andmorphology of small diameter electrospun aramid fibers"中將對(duì)位芳綸纖維溶解于95 98 %的濃硫酸中，溶液濃度在2 3%之間。在 30kv高壓下進(jìn)行靜電紡絲，水浴凝固后形成直徑為40nm左右的納米纖維，該對(duì)位芳綸納米 纖維在400°C下任具有良好的熱穩(wěn)定性能。此文章在1994年發(fā)表，此后無(wú)相關(guān)后續(xù)研究，主 要是由于高濃度硫酸具有高危險(xiǎn)性，且難揮發(fā)，需用凝固浴析出形成納米纖維而不利于靜 電紡絲。當(dāng)前對(duì)間位芳綸纖維的研究主要集中在間位芳綸纖維復(fù)合材料的制備與性能研究 上。靜電紡間位芳綸納米纖維方面的研究較少，一方面由于可用來(lái)直接溶解間位芳綸纖維 的溶劑很少，另外，間位芳綸纖維大分子與極性溶劑之間相互作用使溶液粘度和表面張力 增大而難以進(jìn)行靜電紡絲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種既保持了間位芳綸原有的一些優(yōu)良性能 同時(shí)又具有納米纖維材料的特殊功能的靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為靜電紡間位芳綸納米纖維的制備 方法，包括間位芳綸纖維材料(聚間苯二甲酰間苯二胺)溶解和間位芳綸纖維溶液靜電 紡絲兩個(gè)方面，間位芳綸材料的溶解體系是由鹵鹽和可與鹵鹽形成絡(luò)合大陽(yáng)離子的極性氧 基團(tuán)的溶劑組成，首先，將間位芳綸材料溶解于溶解體系中，得到質(zhì)量百分比為0.01% 30%的間位芳綸纖維溶液，然后，在高電壓紡絲條件下噴射形成纖維直徑為50nm 5μπκ 無(wú)紡布平均厚度為0. 01 μ m 5mm、孔隙率為60% 90%、拉伸強(qiáng)度為0. 2 3Mpa、彈性伸 長(zhǎng)率為4 15%的間位芳綸納米纖維無(wú)紡布。
為了更好地解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為所述的溶劑為二 甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亞砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或 1. 3- 二甲基2-咪唑烷酮(DMI)。為了更好地解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為所述的鹵鹽為氯 化鋰(LiCl)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)溴化鋰(LiBr)或溴化鈣(CaBr2)。為了更好地解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案為所述高壓靜電紡絲 條件為電壓10 40kv，溫度-10 30°C，相對(duì)濕度40 70%，泰勒錐至納米纖維無(wú)紡布 接收裝置的距離5 30cm，紡絲液流量0. 2 2ml/h。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1、含有極性氧基團(tuán)溶劑與鹵鹽形成的溶解體系可以在較低溫度下溶解間位芳綸 纖維，間位芳綸纖維大分子在溶解過(guò)程中降解不明顯，配制的溶液性能穩(wěn)定；2、溶解體系中鹵鹽的加入有利于間位芳綸靜電紡絲溶液導(dǎo)電性能的提高，在紡絲 過(guò)程中易紡得直徑均勻的間位芳綸納米纖維；3、使用的溶劑揮發(fā)性弱，且低毒，在間位芳綸纖維溶解和靜電紡絲過(guò)程中操作安 全；4、制備的間位芳綸納米纖維無(wú)紡布的既保持了間位芳綸原有的一些優(yōu)良性能，同 時(shí)具有納米纖維材料的特殊功能。這種間位芳綸納米纖維無(wú)紡布可廣泛應(yīng)用于高溫過(guò)濾材料、防護(hù)服、鋰電池隔膜 等領(lǐng)域中。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述在本發(fā)明專利中，間位芳綸纖維材料包括間位芳綸短纖、長(zhǎng)絲及回收間位芳綸材 料，回收間位芳綸材料溶解前須經(jīng)過(guò)清洗、干燥等處理。具體實(shí)施時(shí)，可以通過(guò)改變間位芳 綸纖維溶液濃度、溶解體系、鹵鹽濃度以及靜電紡絲條件來(lái)控制間位芳綸納米纖維無(wú)紡布 的各項(xiàng)性能。實(shí)施例1:1、將2g干燥后的間位芳綸短纖維浸漬于30ml 二甲基乙酰胺中，100°C條件下攪拌 5h，然后加入1.5g溴化鋰，使溴化鋰在溶劑中的質(zhì)量百分含量為8%。繼續(xù)攪拌至完全溶 解，獲得質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的間位芳綸纖維淡黃色透明溶液。2、將配制好的間位芳綸纖維溶液在高壓條件下進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲條件為 室溫，電壓25kv，紡絲液流量0. 5ml/h，接收距離15cm，紡絲時(shí)間5h。得到的無(wú)紡布纖維的 平均直徑分別為90nm，無(wú)紡布的厚度在0. 1 0. 15mm之間。實(shí)施例2 1、將1. Ig干燥后的間位芳綸短纖維浸漬于IOml 二甲基亞砜中，100°C條件下攪拌 5h，然后加入0.2g氯化鎂，使氯化鎂在溶劑中的質(zhì)量百分含量為2%。繼續(xù)攪拌至完全溶 解，獲得淡黃色透明的間位芳綸纖維溶液。2、將配制好的間位芳綸纖維溶液在高壓條件下進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲條件為 室溫，電壓25kv，紡絲液流量0. 5ml/h，接收距離15cm，紡絲時(shí)間5h。得到的無(wú)紡布纖維的平均直徑分別為180nm，無(wú)紡布的厚度在0. 1 0. 15mm之間。實(shí)施例3
1、將5g干燥后的間位芳綸短纖維浸漬于30ml 二甲基甲酰胺中，100°C條件下攪拌 5h，然后加入2. 6g氯化鋰，使氯化鋰在溶劑中的質(zhì)量百分含量為8%。繼續(xù)攪拌至完全溶 解，獲得質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的間位芳綸纖維淡黃色透明溶液。2、將配制好的間位芳綸纖維溶液在高壓條件下進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲條件為 室溫，電壓25kv，紡絲液流量0. 5ml/h，接收距離15cm，紡絲時(shí)間5h。得到的無(wú)紡布纖維的 平均直徑分別為2. 5 μ m，無(wú)紡布的厚度在0. 1 0. 15mm之間。
權(quán)利要求
靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，其特征在于包括間位芳綸纖維材料(聚間苯二甲酰間苯二胺)溶解和間位芳綸纖維溶液靜電紡絲兩個(gè)方面，間位芳綸材料的溶解體系是由鹵鹽和可與鹵鹽形成絡(luò)合大陽(yáng)離子的極性氧基團(tuán)的溶劑組成，首先，將間位芳綸材料溶解于溶解體系中，得到質(zhì)量百分比為0.01％～30％的間位芳綸纖維溶液，然后，在高電壓紡絲條件下噴射形成纖維直徑為50nm～5μm、無(wú)紡布平均厚度為0.01μm～5mm、孔隙率為60％～90％、拉伸強(qiáng)度為0.2～3Mpa、彈性伸長(zhǎng)率為4～15％的間位芳綸納米纖維無(wú)紡布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，其特征在于所述的 溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亞砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮 (NMP)或1. 3- 二甲基2-咪唑烷酮(DMI)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，其特征在于所述的 鹵鹽為氯化鋰(LiCl)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)溴化鋰(LiBr)或溴化鈣(CaBr2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，其特征在于 所述高壓靜電紡絲條件為電壓10 40kv，溫度-10 30°C，相對(duì)濕度40 70%，泰勒錐 至納米纖維無(wú)紡布接收裝置的距離5 30cm，紡絲液流量0. 2 2ml/h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種既保持了間位芳綸原有的一些優(yōu)良性能同時(shí)又具有納米纖維材料的特殊功能的靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，包括間位芳綸纖維材料溶解和間位芳綸纖維溶液靜電紡絲兩個(gè)方面，間位芳綸材料的溶解體系是由鹵鹽和可與鹵鹽形成絡(luò)合大陽(yáng)離子的極性氧基團(tuán)的溶劑組成，首先，將間位芳綸材料溶解于溶解體系中，得到質(zhì)量百分比為0.01％～30％的間位芳綸纖維溶液，然后，在高電壓紡絲條件下噴射形成纖維直徑為50nm～5μm、無(wú)紡布平均厚度為0.01μm～5mm、孔隙率為60％～90％、拉伸強(qiáng)度為0.2～3MPa、彈性伸長(zhǎng)率為4～15％的間位芳綸納米纖維無(wú)紡布。
文檔編號(hào)D04H3/00GK101838888SQ201010166400
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者姚理榮, 張峰 申請(qǐng)人:張家港耐爾納米科技有限公司