一種多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法。其內容是先將聚合物紡絲液通過靜電紡的方式紡成纖維膜，然后借助噴射技術將含有無機納米顆粒的噴涂液噴涂在上述靜電紡纖維膜表面，然后再繼續紡制纖維膜，可根據具體情況重復以上步驟制備出多層夾心式復合膜。由于無機納米顆粒是附著在纖維膜表面，不僅能充分發揮出納米纖維超高的比表面積和獨特的結構優勢，而且噴涂液及聚合物紡絲液的可選范圍靈活，因此，可根據實際需要將含有不同無機納米顆粒的噴涂液噴涂在不同原料的靜電紡纖維膜上，由此制備出具有不同功能和厚度、結構穩定且性能良好的夾心式復合膜，從而擴大了靜電紡聚合物納米纖維復合膜的應用范圍。
【專利說明】一種多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于靜電紡絲【技術領域】，特別是一種多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術是由Formhals于1934年首次提出。近年來，有關技術人員運用靜電紡絲技術已成功制備出結構多樣的納米纖維材料，尤其是在制備納米復合材料方面取得了顯著效果。圖1為一種目前常用的靜電紡絲裝置示意圖。如圖1所示，這種靜電紡絲裝置包括注射器1、注射泵2、聚合物紡絲液儲罐3、接收滾筒4、電機5和高壓電源6 ;其中；接收滾筒4以可轉動的方式水平設置；電機5的輸出軸與接收滾筒4的一端相連，用于驅動接收滾筒4轉動；注射器I安裝在接收滾筒4的上方，且針頭向下，內部用于容納由聚合物和溶劑組成的聚合物紡絲液；注射泵2連接在注射器I上端和聚合物紡絲液儲罐3之間的管路上，用于將聚合物紡絲液儲罐3內的聚合物紡絲液提供給注射器I ;高壓電源6的正極與注射器I上噴嘴相連，負極與接收滾筒4的一端相接，同時接收滾筒4接地。其工作原理是由注射泵2將聚合物紡絲液儲罐3內的聚合物紡絲液提供給注射器I并從針頭向下噴出，形成穩定的細流，然后溶劑揮發，纖維逐漸變細，最后在作為接收裝置的接收滾筒4上收集并固化，形成超細纖維雜亂無章排列的薄層。其核心是使帶電聚合物熔體或溶液在電場中流動變形牽伸，然后冷卻固化，得到纖維狀物質。
[0003]但目前制備靜電紡絲納米復合膜的方法大多是在配制紡絲液時將多種原料混合，然后將混合紡絲液通過靜電紡的方式制得納米復合膜。這種方法雖簡單易實現，但存在一些不足。例如，納米粒子大多包埋在纖維基體中，因此無法發揮出納米粒子超高比表面積和獨特的結構優勢。其次，溶劑的選擇也會嚴重受限，既要考慮聚合物在溶劑中的溶解性，同時還要考慮納米粒子在溶劑中的分散性，否則會導致多種材料在溶液中分散不均，進而影響纖維細度及成絲效果。

【發明內容】

[0004]為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種產品結構穩定且性能較好的多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供的多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法包括按順序進行的下列步驟:
[0006]I)采用傳統的靜電紡絲方法制備出單層纖維膜或采用商品纖維膜作為第一層纖維膜；
[0007]2)將配置好的由無機納米顆粒和溶劑配制成的噴涂液加入到噴涂裝置中，然后將噴涂裝置的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動噴涂裝置開始噴涂，以形成第一層噴涂層；
[0008]3)在上述第一層噴涂層的表面采用傳統的靜電紡絲方法制備出單層纖維膜，或將商品纖維膜附著在第一層噴涂層的表面而作為第二層纖維膜；
[0009]4)根據實際需要可選擇性重復步驟2) — 3)，制得多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜；
[0010]5)將上述多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜加溫干燥；
[0011]6)將上述干燥后的多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜放在熱壓機上進行熱壓即可制成多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜。
[0012]所述的聚合物紡絲液中的聚合物選自聚酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中的至少一種；溶劑選自水、三氯甲烷、二氯甲烷、無水乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和丙酮中的至少一種。
[0013]所述的靜電紡絲聚合物溶液的濃度為0.05?0.2g/ml。
[0014]所述的噴涂液中的無機納米顆粒選自碳納米管、石墨烯、二氧化鈦納米顆粒、蒙脫土納米片和氧化石墨烯中的至少一種；溶劑選自水、三氯甲烷、二氯甲烷、無水乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和丙酮中的至少一種。
[0015]所述的噴涂液的濃度為0.1?10mg/ml，噴涂裝置為噴槍或靜電噴涂裝置。
[0016]所述的步驟5)中干燥溫度為30?60°C，干燥時間為24?48h。
[0017]所述的步驟6)中熱壓溫度為40?130°C，壓力為4?lOMPa，熱壓時間為I?20mino
[0018]本發明提供的多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法是先將聚合物紡絲液通過靜電紡的方式紡成纖維膜，或以商品纖維膜作為第一層纖維膜，然后借助噴射技術將含有無機納米顆粒的噴涂液噴涂在上述第一層纖維膜表面，然后再繼續紡制或附著纖維膜，可根據具體情況重復以上步驟制備出多層夾心式復合膜。由于無機納米顆粒是附著在纖維膜表面，不僅能充分發揮出納米纖維超高的比表面積和獨特的結構優勢，而且噴涂液及聚合物紡絲液的可選范圍靈活，因此，可根據實際需要將含有不同無機納米顆粒的噴涂液噴涂在不同原料的靜電紡纖維膜上，由此制備出具有不同功能和厚度、結構穩定且性能良好的夾心式復合膜，從而擴大了靜電紡聚合物納米纖維復合膜的應用范圍；另外，本制備方法可利用現有的靜電紡絲復合膜制備裝置完成上述復合膜制備過程，或直接采用商品纖維膜完成上述復合膜制備過程，因此成本低，并且制備方法簡單、快捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一種目前常用的靜電紡絲裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]將Sg聚乳酸和80ml三氯甲烷混合后于40°C下磁力攪拌2h而制成濃度為0.lg/ml的聚合物紡絲液，之后加入到傳統的靜電紡絲裝置中；將0.05g碳納米管(CNTs)和200ml無水乙醇混合后超聲分散30min,使其分散均勻，制成含無機納米顆粒的噴涂液，濃度為0.25mg/ml ;打開如圖1所示的靜電紡絲裝置，在接收裝置上紡制出單層纖維膜作為第一層纖維膜；將上述配置好的噴涂液加入到噴槍中，然后將噴槍的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動噴槍開始噴涂，以形成一層噴涂層；然后再次打開靜電紡絲裝置，在上述噴涂層表面形成第二層纖維膜，將上述兩層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜從接收裝置上取下，于40°C下真空干燥48h，然后放在熱壓機上進行熱壓，熱壓溫度為50°C，壓力為6MPa，熱壓時間為5min，最終制得兩層夾心式靜電紡聚乳酸/碳納米管/聚乳酸復合膜。
[0022]實施例2
[0023]將5g聚偏氟乙烯和50ml 二甲基乙酰胺混合后于60°C下磁力攪拌2h而制成濃度為0.lg/ml的聚合物紡絲液，之后加入到靜電紡絲裝置中；將IOOmg氧化石墨烯(GO)和500ml蒸懼水混合后超聲分散15min,使其分散均勻，制成含無機納米顆粒的噴涂液,濃度為0.2mg/ml ;打開如圖1所示的靜電紡絲裝置，在接收裝置上紡制出單層纖維膜作為第一層纖維膜；將上述配置好的噴涂液加入到靜電噴涂裝置中，然后將靜電噴涂裝置的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動靜電噴涂裝置開始噴涂，以形成一層噴涂層；然后再次打開靜電紡絲裝置，在噴涂層表面上形成第二層纖維膜，將上述兩層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜從接收裝置上取下，于60°C下真空干燥48h，然后放在熱壓機上進行熱壓，熱壓溫度為60°C，壓力為8MPa，熱壓時間為3min，最終制得兩層夾心式靜電紡聚偏氟乙烯/氧化石墨烯/聚偏氟乙烯復合膜。
[0024]實施例3
[0025]在120ml 二甲基乙酰胺中加入12g聚丙烯腈，于35°C下磁力攪拌3h而制成濃度為
0.lg/ml的聚合物紡絲液，之后加入到靜電紡絲裝置中。然后按實施例2的方法配制噴涂液。打開如圖1所示的靜電紡絲裝置，在接收裝置上紡制出單層纖維膜作為第一層纖維膜；將上述配置好的噴涂液加入到噴槍中，然后將噴槍的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動噴槍開始噴涂，以形成一層噴涂層；然后再次打開靜電紡絲裝置，在上述噴涂層的表面上形成第二層纖維膜，各重復一次上述靜電紡絲和噴涂的步驟，將上述五層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜從接收裝置上取下，于50°C下真空干燥48h，然后放在熱壓機上進行熱壓，熱壓溫度為90°C，壓力為5MPa，熱壓時間為8min，最終制得五層夾心式靜電紡聚丙烯腈/氧化石墨烯/聚丙烯腈/氧化石墨烯/聚丙烯腈復合膜。
[0026]實施例4
[0027]將商品聚乙烯醇纖維膜作為第一層纖維膜，然后按實施例1的方法配制噴涂液，之后將上述配置好的噴涂液加入到噴槍中，然后將噴槍的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動噴槍開始噴涂，以形成一層噴涂層；之后將另一層商品聚乙烯醇纖維膜附著在上述噴涂層的表面上而作為第二層纖維膜，于60°C下真空干燥48h，然后放在熱壓機上進行熱壓，熱壓溫度為80°C，壓力為8MPa，熱壓時間為3min，最終制得兩層夾心式靜電紡聚乙烯醇/碳納米管/聚乙烯醇復合膜。
[0028]實施例5
[0029]將商品聚丙烯腈纖維膜作為第一層纖維膜，然后按實施例1的方法配制噴涂液，之后將上述配置好的噴涂液加入到噴槍中，將噴槍的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動噴槍開始噴涂，以形成一層噴涂層；之后將另一層商品聚乳酸纖維膜附著在上述噴涂層的表面上而作為第二層纖維膜，于60°C下真空干燥48h，然后放在熱壓機上進行熱壓，熱壓溫度為60°C，壓力為8MPa，熱壓時間為3min，最終制得兩層夾心式靜電紡聚丙烯腈/碳納米管/聚乳酸復合膜。
【權利要求】
1.一種多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜的制備方法，其特征在于:所述的制備方法包括按順序進行的下列步驟: 1)采用傳統的靜電紡絲方法將由聚合物和溶劑制成的聚合物紡絲液在靜電紡絲裝置上制備出單層纖維膜或采用商品纖維膜作為第一層纖維膜； 2)將配置好的由無機納米顆粒和溶劑配制成的噴涂液加入到噴涂裝置中，然后將噴涂裝置的噴口對準上述第一層纖維膜的表面，啟動噴涂裝置開始噴涂，以形成第一層噴涂層； 3)在上述第一層噴涂層的表面采用傳統的靜電紡絲方法制備出單層纖維膜，或將商品纖維膜附著在第一層噴涂層的表面而作為第二層纖維膜； 4)根據實際需要可選擇性重復步驟2)— 3)，制得多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜； 5)將上述多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜加溫干燥； 6)將上述干燥后的多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜放在熱壓機上進行熱壓即可制成多層夾心式靜電紡聚合物納米纖維復合膜。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的聚合物紡絲液中的聚合物選自聚酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中的至少一種；溶劑選自水、三氯甲烷、二氯甲烷、無水乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和丙酮中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的噴涂液中的無機納米顆粒選自碳納米管、石墨烯、二氧化鈦納米顆粒、蒙脫土納米片和氧化石墨烯中的至少一種；溶劑選自水、三氯甲烷、二氯甲烷、無水乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和丙酮中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的噴涂液的濃度為0.1?IOmg/ml，噴涂裝置為噴槍或靜電噴涂裝置。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟5)中干燥溫度為30?60 °C，干燥時間為24?48h。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟6)中熱壓溫度為40?130°C，壓力為4?lOMPa，熱壓時間為I?20min。
【文檔編號】D04H1/728GK103481624SQ201310346319
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】徐志偉, 岳夢瑤, 陳磊, 朱婷, 楊彩云, 呂漢明, 買巍, 錢曉明 申請人:天津工業大學