一種超疏水及超親水靜電紡絲納米纖維複合膜的製備方法
2023-05-29 04:32:51 1
專利名稱：一種超疏水及超親水靜電紡絲納米纖維複合膜的製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子材料技術領域，具體涉及超疏水及超親水納米纖維複合膜的製備及其力學性能改進的方法。
背景技術：
潤溼是一種常見的界面現象，也是固體表面的重要特徵之一，通常用液體在固體表面的接觸角來表徵。超疏水是指表面對水的接觸角大於150° ,超親水是指對水的接觸角小於5°的現象。一般來說，潤溼性由固體表面的化學組成和微觀幾何結構決定，合適的表面微細結構及高表面自由能或低表面自由能的固體表面及合適的表面微細結構是產生超親水和超疏水的兩個前提條件。這類材料在自清潔材料、微流體裝置以及生物等領域得到廣泛應用，對基礎研究和實際應用非常重要。超疏水表面的實現可以通過兩種方法取得，一是通過化學方法降低固體的表面自由能，ニ是在疏水材料表面構建粗糙結構。疏水材料有機矽氟材料表面能低，含氟基團的表面能-CH2- > -CH3 > -CF2- > C-F2H > -CF3的依次下降。-CF3基團的表面能小至6. 7mJ/ m2，水接觸角最大。Anurima等採用靜電紡絲技木，以含氟聚合物為原料，通過控制溶液的濃度，獲得直徑在80nm到I. 4 ii m之間的纖維，顯示出良好的疏水性。製備超親水表面主要有兩種途徑，一是光引發超親水，如T i O2、ZnO、SnO2、WO3、V2O5 等受紫外光或可見光輻照後即可由疏水轉變為超親水，ニ是在親水材料表面構建粗糙結構。其中聚合物溶液或共混聚合物的相分離可形成粗糙結構，用於製備具有特殊浸潤性的表面。徐堅等用甲酸將親水的尼龍66塑料板溶脹，再浸入非溶劑中使其進行相分離，由於尼龍本身的親水性及形成的微顆粒増加了表面的粗糙度，直接得到超親水聚合物表面。目前超疏水及超親水表面的製備エ藝主要有模板法、溶膠-凝膠法、層層自組裝法、氣相沉積法等。這些製備エ藝均有不足之處，模板法受模板限制較大，難以實現大面積表面的製備；溶膠-凝膠法一般需要紫外光照射等方式才能獲取超親水性，且不適用於製備高分子材料的超親水表面，存在一定的局限性；層層自組裝法存在效率低和エ藝複雜的問題；化學氣相沉澱法缺點是需要高溫操作，過程較為複雜，會產生有毒和腐蝕性的氣體。 物理氣相沉澱設備昂貴，操作技術要求高，效率低，條件較為苛刻。靜電紡絲是通過給聚合物溶液施加外加電場來製造聚合物纖維的紡絲技術，其纖維直徑在微米和納米之間。它是能夠連續製備納米纖維的最重要的方法之一。靜電紡絲製得的無紡布，具有孔隙率高、比表面積大、纖維精細程度與均一性高等特點，這些特性使其在過濾材料、生物醫藥工程、納米導體、膜技術應用等領域有很大的應用前景。本發明利用靜電紡絲技術，結合上述理論，採用不同方法製備超疏水及超親PET/ PVA納米纖維複合膜，簡單易行。
發明內容
本發明在於提供超疏水及超親水納米纖維複合膜的製備及改進其力學性能的方法，該方法解決了現有技術中的不足和問題，過程簡單，效果顯著。本發明是通過以下技術方案實現的本發明主要利用靜電紡絲技術，使用不同溶劑及後處理方法，製備力學性能良好的超疏水及超親水納米纖維複合膜。ー種超疏水納米纖維複合膜的製備方法，其特徵在於步驟如下A、靜電紡絲溶液的配製聚對苯ニ甲酸こニ醇酷/聚こ烯醇質量比為10/1 1/10，使用混合溶劑三氟こ酸與ニ氯甲烷體積比9/1，溶液濃度範圍為5 20wt% ；B、靜電紡絲エ藝制膜將配製好的溶液注入靜電紡絲設備的注射器中，通過靜電紡絲儀器製備成膜；紡絲溫度為25 50°C，紡絲液的推進速度為0. 001 lmm/min，紡絲電壓為5 50kV,紡絲針頭到接收板的距離為5 30cm ；C、將製備的納米纖維複合膜進行熱處理，溫度為50 200°C，處理時間I 10h。聚こ烯醇的醇解度範圍為80% -99%。一種超親水納米纖維複合膜的製備方法，其特徵在於步驟如下A、靜電紡絲溶液的配製聚對苯ニ甲酸こニ醇酷/聚こ烯醇質量比為1/10 20/1，使用六氟異丙醇溶劑，溶液濃度範圍為5 20Wt% ；B、靜電紡絲エ藝制膜將配製好的溶液注入靜電紡絲設備的注射器中，通過靜電紡絲儀器製備成膜；紡絲溫度為25 50°C，紡絲液的推進速度為0. 001 lmm/min，紡絲電壓為5 50kV,紡絲針頭到接收板的距離為5 30cm ；C、將製備的納米纖維複合膜進行交聯處理，然後真空乾燥；使用的交聯劑為戊ニ 醛，交聯時間4 24h。真空乾燥箱中乾燥的乾燥時間5 24h，溫度25 50°C，儲存在乾燥器待用。本發明的製備方法簡單，紡絲過程穩定，纖維徑細、質輕，無汙染，在過濾材料、建築塗料、礦物浮選等領域有廣泛應用。
圖I為實施例5製備的超疏水⑴及超親水⑵PET/PVA納米複合膜纖維形貌圖。
具體實施例方式下面通過實施例具體描述本發明。實施例I :超疏水納米纖維複合膜的製備聚對苯ニ甲酸こニ醇酯PET/聚こ烯醇PVA質量比為1/1，PVA的醇解度為88%，三氟こ酸與ニ氯甲烷20mL(體積比9/1)做混合溶剤。配製濃度為15wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。 注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 002mm/min，紡絲電壓為20kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。繼而對複合膜進行熱處理，溫度為120°C，處理時間5h。然後複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間 24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。超親水納米纖維複合膜的製備PET/PVA質量比為1/1，PVA的醇解度為88%，20mL 六氟異丙醇為溶劑，配製濃度為10wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 001mm/min，紡絲電壓為30kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。然後倒入20mL戊ニ醛於燒杯中，將複合膜置於燒杯上，蒸汽交聯時間24h，交聯完畢後取出，複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。製備所得超疏水納米纖維複合膜對水接觸角為150°，超親水納米纖維複合膜對水的接觸角接近於O。實施例2 超疏水納米纖維複合膜的製備聚對苯ニ甲酸こニ醇酯PET/聚こ烯醇PVA質量比為1/2，PVA的醇解度為88%，三氟こ酸與ニ氯甲烷20mL(體積比9/1)做混合溶剤。配製濃度為15wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。 注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 002mm/min，紡絲電壓為20kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。繼而對複合膜進行熱處理，溫度為120°C，處理時間5h。然後複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間 24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。超親水納米纖維複合膜的製備PET/PVA質量比為4/1，PVA的醇解度為88%，20mL 六氟異丙醇為溶劑，配製濃度為10wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. OOlmm/min，紡絲電壓為30kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。然後倒入20mL戊ニ醛於燒杯中，將複合膜置於燒杯上，蒸汽交聯時間10h，交聯完畢後取出，複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間20h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。製備所得超疏水納米纖維複合膜對水接觸角為152° ,超親水納米纖維複合膜對水的接觸角接近於O。實施例3 超疏水納米纖維複合膜的製備聚對苯ニ甲酸こニ醇酯PET/聚こ烯醇PVA質量比為1/1，PVA的醇解度為88%，三氟こ酸與ニ氯甲烷20mL(體積比9/1)做混合溶剤。配製濃度為12wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。 注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 002mm/min，紡絲電壓為20kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。繼而對複合膜進行熱處理，溫度為120°C，處理時間5h。然後複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間 24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。超親水納米纖維複合膜的製備PET/PVA質量比為6/1，PVA的醇解度為88%，20mL 六氟異丙醇為溶劑，配製濃度為10wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 001mm/min，紡絲電壓為25kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。然後倒入20mL戊ニ醛於燒杯中，將複合膜置於燒杯上，蒸汽交聯時間15h，交聯完畢後取出，複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。
製備所得超疏水納米纖維複合膜對水接觸角為151°，超親水納米纖維複合膜對水的接觸角接近於O。實施例4 超疏水納米纖維複合膜的製備聚對苯ニ甲酸こニ醇酯PET/聚こ烯醇PVA質量比為1/2，三氟こ酸與ニ氯甲烷20mL(體積比9/1)做混合溶剤。配製濃度為12wt%溶液，磁 カ攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 002mm/min，紡絲電壓為20kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。繼而對複合膜進行熱處理，溫度為120°C，處理時間5h。然後複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。超親水納米纖維複合膜的製備PET/PVA質量比為10/1，PVA的醇解度為88%， 20mL六氟異丙醇為溶劑，配製濃度為IOwt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h， 靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 001mm/min，紡絲電壓為25kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。然後倒入20mL戊ニ醛於燒杯中，將複合膜置於燒杯上，蒸汽交聯時間 12h，交聯完畢後取出，複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。製備所得超疏水納米纖維複合膜對水接觸角為152°，超親水納米纖維複合膜對水的接觸角接近於O。實施例5 超疏水納米纖維複合膜的製備聚對苯ニ甲酸こニ醇酯PET/聚こ烯醇PVA質量比為1/1，PVA的醇解度為88%，三氟こ酸與ニ氯甲烷20mL(體積比9/1)做混合溶剤。配製濃度為IOwt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。 注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 002mm/min，紡絲電壓為20kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。繼而對複合膜進行熱處理，溫度為120°C，處理時間5h。然後複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間 24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。超親水納米纖維複合膜的製備PET/PVA質量比為20/1，PVA的醇解度為88%， 20mL六氟異丙醇為溶劑，配製濃度為IOwt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h， 靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. OOlmm/min，紡絲電壓為25kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。然後倒入20mL戊ニ醛於燒杯中，將複合膜置於燒杯上，蒸汽交聯時間 10h，交聯完畢後取出，複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。製備所得超疏水納米纖維複合膜對水接觸角為152°，超親水納米纖維複合膜對水的接觸角接近於O。實施例6 超疏水納米纖維複合膜的製備聚對苯ニ甲酸こニ醇酯PET/聚こ烯醇PVA質量比為1/2，PVA的醇解度為88%，三氟こ酸與ニ氯甲烷20mL(體積比9/1)做混合溶剤。配製濃度為IOwt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h，靜置得到均勻透明的混合溶液。 注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 002mm/min，紡絲電壓為20kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。繼而對複合膜進行熱處理，溫度為120°C，處理時間5h。然後複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間 24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。超親水納米纖維複合膜的製備PET/PVA質量比為20/1，PVA的醇解度為88%， 20mL六氟異丙醇為溶劑，配製濃度為15wt%溶液，磁力攪拌，溶解溫度15°C，溶解時間20h， 靜置得到均勻透明的混合溶液。注入靜電紡絲設備的注射器中，紡絲溫度為30°C，紡絲液的推進速度為0. 001mm/min，紡絲電壓為25kV，紡絲針頭到接收板的距離為15cm，通過靜電紡絲儀器製備成膜。然後倒入20mL戊ニ醛於燒杯中，將複合膜置於燒杯上，蒸汽交聯時間 10h，交聯完畢後取出，複合膜置於真空乾燥箱中乾燥，乾燥時間24h，溫度25°C。處理完後的複合膜置於乾燥器中保存待用。製備所得超疏水納米纖維複合膜對水接觸角為151° ,超親水納米纖維複合膜對水的接觸角接近於O。
權利要求
1.ー種超疏水納米纖維複合膜的製備方法，其特徵在於步驟如下A、靜電紡絲溶液的配製聚對苯ニ甲酸こニ醇酷/聚こ烯醇質量比為10/1 1/10，使用混合溶劑三氟こ酸與ニ氯甲烷體積比9/1，溶液濃度範圍為5 20wt% ；B、靜電紡絲エ藝制膜將配製好的溶液注入靜電紡絲設備的注射器中，通過靜電紡絲儀器製備成膜；紡絲溫度為25 50°C，紡絲液的推進速度為0. 001 lmm/min，紡絲電壓為 5 50kV，紡絲針頭到接收板的距離為5 30cm ；C、將製備的納米纖維複合膜進行熱處理，溫度為50 200°C，處理時間I 10h。
2.如權利要求I所述超疏水納米纖維複合膜的製備方法，其特徵在於，聚こ烯醇的醇解度範圍為80% -99%。
3.一種超親水納米纖維複合膜的製備方法，其特徵在於步驟如下A、靜電紡絲溶液的配製聚對苯ニ甲酸こニ醇酷/聚こ烯醇質量比為1/10 20/1，使用六氟異丙醇溶劑，溶液濃度範圍為5 20Wt% ；B、靜電紡絲エ藝制膜將配製好的溶液注入靜電紡絲設備的注射器中，通過靜電紡絲儀器製備成膜；紡絲溫度為25 50°C，紡絲液的推進速度為0. 001 lmm/min，紡絲電壓為 5 50kV，紡絲針頭到接收板的距離為5 30cm ；C、將製備的納米纖維複合膜進行交聯處理，然後真空乾燥；使用的交聯劑為戊ニ醛，交聯時間4 24h。
4.如權利要求3所述超親水納米纖維複合膜的製備方法，其特徵在於，真空乾燥箱中乾燥的乾燥時間5 24h，溫度25 50°C，儲存在乾燥器待用。
全文摘要
一種超疏水及超親水靜電紡絲納米纖維複合膜的製備方法屬於納米纖維複合膜。該方法原料易得，過程簡單，操作便捷。本發明主要利用靜電紡絲技術製備聚合物納米纖維複合膜，使用不同溶劑，通過不同處理手段，納米纖維複合膜表現為超疏水或者超親水性能，且力學性能改善。本發明的製備方法簡單，紡絲過程穩定，纖維徑細、質輕，無汙染，在過濾材料、建築塗料、礦物浮選等領域有廣泛應用。
文檔編號D06M13/123GK102605554SQ20121007103
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者付志峰, 呂夢青, 曹鼎, 石豔 申請人:北京化工大學