一種納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米纖維的制備方法，它主要包括配制溶膠-凝膠前體溶液、沉淀、分離沉淀、重分散、二次分散，最后進(jìn)行電紡絲、除去聚合物、煅燒，即得。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明制備方法綠色環(huán)保，成本低，工藝簡(jiǎn)單，且制得的納米纖維具有強(qiáng)度高、長(zhǎng)徑比大的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)異。
【專利說(shuō)明】一種納米纖維的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米纖維的制備方法，屬于納米材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 納米纖維，例如作為過(guò)濾和分離介質(zhì)，在織物生產(chǎn)、光學(xué)、電子學(xué)、生物技術(shù)、藥學(xué)、 藥劑學(xué)和塑料技術(shù)中的重要性正在提高。"納米纖維"指直徑在約0.1-999nm范圍內(nèi)（也 稱作納米級(jí)）的纖維結(jié)構(gòu)，也涉及納米結(jié)構(gòu)，如納米線和納米管，這兩種都具有納米級(jí)橫截 面。制備納米纖維的目前常規(guī)的方法已知為電紡絲，其包括借助兩個(gè)電極將包含金屬化合 物如金屬鹽以及合適的其它添加劑的聚合物溶液或聚合物熔體引入強(qiáng)電場(chǎng)，靜電荷導(dǎo)致溶 液中局部不穩(wěn)定，其首先成型為錐形結(jié)構(gòu)，隨后成型為纖維。當(dāng)纖維在電極方向上移動(dòng)時(shí)， 大部分溶劑蒸發(fā)且纖維額外伸展。在纖維隨后煅燒的過(guò)程中，金屬化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的金 屬氧化物。
[0003]目前，采用電紡絲法制備納米纖維也存在一些缺陷，例如制得的納米纖維強(qiáng)度不 夠大，或者長(zhǎng)徑比過(guò)小等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種納米纖維的制備方 法。
[0005] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種納米纖維的制備方法，它主要是由以 下步驟所組成：
[0006] (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液；
[0007] (2)向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至12-14,加入碳酸氫 銨，邊攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液，形成沉淀；
[0008] (3)分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中， 形成重分散溶液；
[0009] (4)將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散 液；
[0010] (5)將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二 次分散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，600-700°C煅燒1-2小時(shí)，即得。
[0011] 作為優(yōu)選，所述步驟（1)中正丁醇、甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與 混合溶液的重量比為10 : (60-80)。
[0012] 作為另一種優(yōu)選，所述步驟（2)中前體溶液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 : (4-10)，所述甲醇-鹽酸溶液中氯化鋅的濃度為8-12% (重量比）。
[0013] 作為另一種優(yōu)選，所述步驟（3)中沉淀于乙醇-苯甲胺混合溶液的重量比為1 : (5-15)，所述乙醇和苯甲胺的體積比為2:5。
[0014] 作為另一種優(yōu)選，所述步驟（4)中重分散溶液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比 為2 : (1-3)，所述丙酮和己二胺的體積比為1:1。
[0015] 作為另一種優(yōu)選，所述步驟（5)中聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮 的重量比為1:1:1: (10-20)，所述聚合物溶液和二次分散溶液的體積比為5 : (1-5)。
[0016] 作為另一種優(yōu)選，所述納米纖維的平均直徑為100-200nm。
[0017] 有益效果：相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明制備方法綠色環(huán)保，成本低，工藝簡(jiǎn)單，且制得 的納米纖維具有強(qiáng)度高、長(zhǎng)徑比大的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)異。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0019] 實(shí)施例1 :
[0020] (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液；
[0021] ⑵向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至12,加入碳酸氫銨，邊 攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液,形成沉淀；
[0022] (3)分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中， 形成重分散溶液；
[0023] (4)將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散 液；
[0024] (5)將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二 次分散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，600°C煅燒1小時(shí)，即得。
[0025] 所述步驟⑴中正丁醇、甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與混合溶液的 重量比為10 :60。
[0026] 所述步驟（2)中前體溶液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 :4,所述甲醇-鹽酸溶 液中氯化鋅的濃度為8% (重量比）。
[0027] 所述步驟（3)中沉淀于乙醇-苯甲胺混合溶液的重量比為1 :5,所述乙醇和苯甲 胺的體積比為2:5。
[0028] 所述步驟（4)中重分散溶液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比為2 :1，所述丙酮 和己二胺的體積比為1:1。
[0029] 所述步驟（5)中聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮的重量比為 1:1:1:10,所述聚合物溶液和二次分散溶液的體積比為5 :1。
[0030] 所得納米纖維的平均直徑為140nm。
[0031] 實(shí)施例2:
[0032] (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液；
[0033] (2)向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至14,加入碳酸氫銨，邊 攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液,形成沉淀；
[0034] (3)分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中， 形成重分散溶液；
[0035] (4)將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散 液；
[0036] (5)將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二 次分散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，700°C煅燒2小時(shí)，即得。
[0037] 所述步驟⑴中正丁醇、甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與混合溶液的 重量比為10 :80。
[0038] 所述步驟（2)中前體溶液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 :10,所述甲醇-鹽酸溶 液中氯化鋅的濃度為12% (重量比）。
[0039] 所述步驟（3)中沉淀于乙醇-苯甲胺混合溶液的重量比為1 :15,所述乙醇和苯甲 胺的體積比為2:5。
[0040] 所述步驟（4)中重分散溶液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比為2 :3,所述丙酮 和己二胺的體積比為1:1。
[0041] 所述步驟（5)中聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮的重量比為 1: 1:1:20,所述聚合物溶液和二次分散溶液的體積比為5 :5。
[0042] 所得納米纖維的平均直徑為120nm。
[0043] 實(shí)施例3:
[0044] (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液；
[0045] (2)向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至13,加入碳酸氫銨，邊 攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液,形成沉淀；
[0046] (3)分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中， 形成重分散溶液；
[0047] (4)將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散 液；
[0048] (5)將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二 次分散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，650°C煅燒1. 5小時(shí)，即得。
[0049] 所述步驟⑴中正丁醇、甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與混合溶液的 重量比為10 :70。
[0050] 所述步驟（2)中前體溶液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 :7,所述甲醇-鹽酸溶 液中氯化鋅的濃度為10% (重量比）。
[0051] 所述步驟（3)中沉淀于乙醇_苯甲胺混合溶液的重量比為1 :10,所述乙醇和苯甲 胺的體積比為2:5。
[0052] 所述步驟（4)中重分散溶液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比為2 :2,所述丙酮 和己二胺的體積比為1:1。
[0053] 所述步驟（5)中聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮的重量比為 1: 1:1:15,所述聚合物溶液和二次分散溶液的體積比為5 :3。
[0054] 所得納米纖維的平均直徑為180nm。
[0055] 實(shí)施例4:
[0056] (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液；
[0057] (2)向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至13,加入碳酸氫銨，邊 攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液,形成沉淀；
[0058] (3)分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中， 形成重分散溶液；
[0059] (4)將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散 液；
[0060] (5)將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二 次分散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，620°C煅燒1小時(shí)，即得。
[0061] 所述步驟（1)中正丁醇、甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與混合溶液的 重量比為10 :65。
[0062] 所述步驟（2)中前體溶液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 :6,所述甲醇-鹽酸溶 液中氯化鋅的濃度為9% (重量比）。
[0063] 所述步驟（3)中沉淀于乙醇-苯甲胺混合溶液的重量比為1 :8,所述乙醇和苯甲 胺的體積比為2:5。
[0064] 所述步驟（4)中重分散溶液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比為2 :1. 5,所述丙 酮和己二胺的體積比為1:1。
[0065] 所述步驟（5)中聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮的重量比為 1: 1:1:14,所述聚合物溶液和二次分散溶液的體積比為5 :2。
[0066] 所得納米纖維的平均直徑為160nm。
[0067] 實(shí)施例5 :
[0068] (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液；
[0069] (2)向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至14,加入碳酸氫銨，邊 攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液,形成沉淀；
[0070] (3)分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中， 形成重分散溶液；
[0071] (4)將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散 液；
[0072] (5)將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二 次分散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，680°C煅燒2小時(shí)，即得。
[0073] 所述步驟⑴中正丁醇、甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與混合溶液的 重量比為10 :75。
[0074] 所述步驟（2)中前體溶液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 :8,所述甲醇-鹽酸溶 液中氯化鋅的濃度為11% (重量比）。
[0075] 所述步驟（3)中沉淀于乙醇-苯甲胺混合溶液的重量比為1 :12,所述乙醇和苯甲 胺的體積比為2:5。
[0076] 所述步驟（4)中重分散溶液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比為2 :2. 5,所述丙 酮和己二胺的體積比為1:1。
[0077] 所述步驟（5)中聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮的重量比為 1: 1:1:17,所述聚合物溶液和二次分散溶液的體積比為5 :4。
[0078] 所得納米纖維的平均直徑為170nm。
[0079] 實(shí)驗(yàn)例本發(fā)明所得納米纖維性能檢測(cè)見表1
[0080]對(duì)照組采用本發(fā)明實(shí)施例3組方和制備方法，省略步驟（4)，即只進(jìn)行一次重分散 所得的納米纖維；
[0081] 表1本發(fā)明所得納米纖維性能檢測(cè)（n= 3)
[0082]

【權(quán)利要求】
1. 一種納米纖維的制備方法，其特征在于，它主要是由以下步驟所組成： (1)取氧化鋅，加入正丁醇、甲醇和丙酮的混合溶液中，制成溶膠-凝膠前體溶液； ⑵向上述前體溶液中加入一定量異亮氨酸，調(diào)節(jié)溶液pH至12-14,加入碳酸氫銨，邊 攪拌邊加入含有氯化鋅的甲醇-鹽酸溶液，形成沉淀； (3) 分離上述沉淀，堿性溶液洗滌，然后重新加入到乙醇-苯甲胺的混合溶液中，形成 重分散溶液； (4) 將上述重分散溶液與丙酮-己二胺混合溶液再混合，強(qiáng)烈攪拌，得二次分散液； (5) 將聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮制成聚合物溶液，與上述二次分 散溶液充分混合，進(jìn)行電紡絲，除去聚合物，600-700°C煅燒1-2小時(shí)，即得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟（1)中正丁醇、 甲醇和丙酮的體積比為5:4:6,所述氧化鋅與混合溶液的重量比為10 :(60-80)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟（2)中前體溶 液與甲醇-鹽酸溶液的體積比為1 :(4_10)，所述甲醇-鹽酸溶液中氯化鋅的濃度為8-12% (重量比）。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)中沉淀于乙 醇-苯甲胺混合溶液的重量比為1 : (5-15)，所述乙醇和苯甲胺的體積比為2:5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟（4)中重分散溶 液和丙酮-己二胺混合溶液的體積比為2 : (1-3)，所述丙酮和己二胺的體積比為1: 1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟（5)中聚丙烯 腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和丙酮的重量比為1:1:1: (10-20)，所述聚合物溶液和二 次分散溶液的體積比為5 : (1-5)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維的制備方法，其特征在于，所述納米纖維的平均直 徑為 100-200nm。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104264281SQ201410473211
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】潘崢嶸 申請(qǐng)人:句容億格納米材料廠