分散性納米複合材料及其製備方法
2023-05-13 23:55:41 1
專利名稱：分散性納米複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料及製備方法，尤其是一種分散性納米複合材料及其製備方法。
背景技術：
納米材料是指三維空間尺度至少有一維處於納米量級(I IOOnm)的材料,它是由尺寸介於原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新型材料。納米粒子處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關於微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒(納米級)後，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。 由於納米顆粒太小，比表面能很高，因此非常容易團聚，從而導致材料的性能劣化。為解決這一問題，人們做了一些嘗試和努力，如在2009年I月7日公開的中國發明專利申請公布說明書CN 101338459A中披露的「一種有機和無機納米混雜纖維的製備方法」。該製備方法為先將無機物混懸於紡絲溶劑中，再向其中加入高分子聚合物，得到紡絲原液，之後，通過高壓靜電紡絲工藝將紡絲原液紡製成直徑為100 300nm的納米混雜纖維；其中，無機物為高嶺土或膨潤土或二氧化矽等，高分子聚合物為聚丙烯腈或尼龍66，紡絲溶劑為二甲基乙醯胺或甲酸。但是，無論是納米混雜纖維，還是其製備方法，都存在著不足之處，首先，製成品納米混雜纖維中的無機物的尺度雖為納米級，卻因其在混懸於紡絲溶劑中時難免有團聚，其後雖經與高分子聚合物混合併由其負載，然而，仍未能將已團聚的納米無機物分散開來，得到的產物中仍含有團聚的納米無機物，這極不利於納米無機物性能的充分發揮；其次，製備方法不能製得納米無機物均勻分散的纖維狀複合材料。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種納米無機物均勻分散的纖維狀的分散性納米複合材料。本發明要解決的另一個技術問題為提供一種上述分散性納米複合材料的製備方法。為解決本發明的技術問題，所採用的技術方案為分散性納米複合材料包括纖維，特別是，所述纖維為複合纖維，所述複合纖維的直徑為IOnm 5iim、長度> lOOnm，其由不可溶性氫氧化物、不可溶性磷酸鹽、不可溶性碳酸鹽、不可溶性矽酸鹽中的一種或兩種以上的混合物與聚合物按照重量百分比為0. I 60% : 40 99. 9%的比例組成；所述不可溶性氫氧化物為羥基氧化鐵(FeOOH)，或氫氧化鐵，或氫氧化鋅，或氫氧化鎂，或氫氧化鋁，所述不可溶性磷酸鹽為磷酸鈣，或磷酸鐵，或磷酸亞鐵，或磷酸鎂，所述不可溶性碳酸鹽為碳酸鈣，或碳酸鎂，所述不可溶性矽酸鹽為矽酸鈣，或矽酸鎂，或矽酸鐵；所述聚合物為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠、聚乳酸中的一種或兩種以上的混合物。為解決本發明的另一個技術問題，所採用的另一個技術方案為上述分散性納米複合材料的製備方法採用原位化學反應轉化法，特別是完成步驟如下步驟1，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為0. I 60% : 40 99.9%的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液，其中，可溶性鹽為可溶性鐵鹽、可溶性鋅鹽，可溶性鈣鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鈉鹽、可溶性鋁鹽、可溶性磷鹽、可溶性鉀鹽中的一種或兩種以上的混合物，聚合物為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠、聚乳酸中的一種或兩種以上的混合物，溶劑為甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、汽油、苯、四氫呋喃、芳烴溶 劑油中的一種或兩種以上的混合物，再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維；步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡或霧化噴塗5min 100h，得到中間產物，再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理；步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為0. 001 IOwt%的聚合物溶液進行浸泡或淋洗至少lmin，其中，聚合物溶液為聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、醋酸纖維素溶液、二乙酸纖維素溶液、聚丙烯腈溶液、聚丙烯醯胺溶液、聚醯胺溶液、聚氧化乙烯溶液、聚甲基縮丁醛溶液、橡膠溶液、聚乳酸溶液中的一種或兩種以上的混合溶液，再將其置於80 180°C下加熱5min IOh,製得分散性納米複合材料。作為分散性納米複合材料的製備方法的進一步改進，所述的可溶性鐵鹽為氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、醋酸亞鐵、乙醯丙酮鐵、乙醯丙酮亞鐵、檸檬酸亞鐵、檸檬酸鐵、胺基酸鐵、胺基酸亞鐵中的一種或兩種以上的混合物；所述的可溶性鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅、醋酸鋅中的一種或兩種以上的混合物；所述的可溶性鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣中的一種或兩種的混合物；所述的可溶性鎂鹽為氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂中的一種或兩種以上的混合物；所述的可溶性鈉鹽為氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉中的一種或兩種以上的混合物；所述的可溶性鋁鹽為氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、偏鋁酸鈉、偏鋁酸鉀中的一種或兩種以上的混合物；所述的可溶性磷鹽為磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨中的一種或兩種以上的混合物；所述的可溶性鉀鹽為氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物；所述的能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁、氯化鈉、氯化鉀、氯金酸、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸銀、硝酸鐵、硝酸亞鐵、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸銨、矽酸鈉、水合肼、硼氫化鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、水中的一種或兩種以上的混合物；所述的浸泡或霧化噴塗時的溫度為O 95°C、氣壓為> lOOPa、氣氛為氮氣氣氛或気氣氣氛或兩者的混合氣氛；所述的乾燥處理為將中間產物置於溫度為室溫 150°C、氣壓為彡lOOPa、氣氛為氮氣氣氛或氬氣氣氛或兩者的混合氣氛下進行乾燥。相對於現有技術的有益效果是，其一，對製得的目標產物分別使用掃描電鏡和X射線光電子能譜儀進行表徵，由其結果可知，產物為纖維狀，纖維的直徑為IOnm 5i!m、長度> IOOnm,其由不可溶性氫氧化物、不可溶性磷酸鹽、不可溶性碳酸鹽、不可溶性矽酸鹽中的一種或兩種以上的混合物與聚合物按照重量百分比為0. I 60% 40 99. 9%的比例組成；其中，不可溶性氫氧化物為羥基氧化鐵，或氫氧化鐵，或氫氧化鋅，或氫氧化鎂，或氫氧化鋁，不可溶性磷酸鹽為磷酸鈣，或磷酸鐵，或磷酸亞鐵，或磷酸鎂，不可溶性碳酸鹽為碳酸鈣，或碳酸鎂，不可溶性矽酸鹽為矽酸鈣，或矽酸鎂，或矽酸鐵，聚合物為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠、聚乳酸中的一種或兩種以上的混合物。其二，這種由不可溶性氫氧化物、不可溶性磷酸鹽、不可溶性碳酸鹽、不可溶性矽酸鹽中的一種或兩種以上的混合物組成的納 米無機物，在聚合物中具有高度的分散性，其緣於可溶性鹽與聚合物在溶劑中混合時，就已經達到分子級水平的分散了，為其後轉變成目標產物中的高分散性的納米無機物奠定了良好的基礎。其三，製備方法既製得了無機納米粒子高分散的纖維狀目標產物，又具有極好的普適性，便於使用多種不同的原料來製備目標產物，極利於進行大規模的工業化生產。作為有益效果的進一步體現，一是可溶性鐵鹽優選為氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、醋酸亞鐵、乙醯丙酮鐵、乙醯丙酮亞鐵、檸檬酸亞鐵、檸檬酸鐵、胺基酸鐵、胺基酸亞鐵中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鋅鹽優選為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅、醋酸鋅中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鈣鹽優選為氯化鈣、硝酸鈣中的一種或兩種的混合物，可溶性鎂鹽優選為氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鈉鹽優選為氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鋁鹽優選為氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、偏鋁酸鈉、偏鋁酸鉀中的一種或兩種以上的混合物，可溶性磷鹽優選為磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鉀鹽優選為氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物，不僅使得原料的來源較為豐富，還使製備工藝更易實施且靈活便捷。二是能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質優選為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁、氯化鈉、氯化鉀、氯金酸、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸銀、硝酸鐵、硝酸亞鐵、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸銨、矽酸鈉、水合肼、硼氫化鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑優選為甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、水中的一種或兩種以上的混合物，同樣利於原料來源的多樣化和製備工藝的靈活便捷。三是浸泡或霧化噴塗時的溫度優選為0 95°C、氣壓優選為> lOOPa、氣氛優選為氮氣氣氛或氬氣氣氛或兩者的混合氣氛，確保了中間產物的質量。四是乾燥處理優選為將中間產物置於溫度為室溫 150°C、氣壓為> lOOPa、氣氛為氮氣氣氛或氬氣氣氛或兩者的混合氣氛下進行乾燥，保證了中間產物質量的穩定。
下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。圖I是對製得的目標產物分別使用掃描電鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)儀進行表徵的結果之一。其中，圖IA為目標產物的SHM照片，由其可看出，目標產物為眾多的纖維狀物；圖IB為圖IA所示目標產物的XPS譜圖，由其可知，目標產物由矽酸鎂與二乙酸纖維素複合而成。圖2是對製得的目標產物分別使用掃描電鏡和X射線光電子能譜儀進行表徵的結果之一。其中，圖2A為目標產物的SEM照片；圖2B為圖2A所示目標產物的XPS譜圖，由其可知，目標產物由氫氧化鎂與聚丙烯腈複合而成。
具體實施例方式首先從市場購得或用常規方法製得作為可溶性鹽的可溶性鐵鹽、可溶性鋅鹽，可溶性鈣鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鈉鹽、可溶性鋁鹽、可溶性磷鹽和可溶性鉀鹽；其中，可溶性鐵鹽為氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、醋酸亞鐵、乙醯丙酮鐵、乙醯丙酮亞鐵、檸檬酸亞鐵、檸檬酸鐵、胺基酸鐵和胺基酸亞鐵，可溶性鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅和醋酸鋅，可溶性鈣鹽為氯化鈣和硝酸鈣，可溶性鎂鹽為氯化鎂、硝酸鎂和硫酸鎂，可溶性鈉鹽為氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉和焦磷酸鈉，可溶性鋁鹽為氯化鋁、 硝酸鋁、硫酸鋁、偏鋁酸鈉和偏鋁酸鉀，可溶性磷鹽為磷酸銨、磷酸氫銨和磷酸二氫銨，可溶性鉀鹽為氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸鉀、磷酸二氫鉀和焦磷酸鉀。作為聚合物的聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠和聚乳酸。作為溶劑的甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、汽油、四氫呋喃、苯和芳烴溶劑油。作為能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁、氯化鈉、氯化鉀、氯金酸、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸銀、硝酸鐵、硝酸亞鐵、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸銨、矽酸鈉、水合肼、硼氫化鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鉀和焦磷酸鉀，作為能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑的甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺和水。作為聚合物溶液的聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、醋酸纖維素溶液、二乙酸纖維素溶液、聚丙烯腈溶液、聚丙烯醯胺溶液、聚醯胺溶液、聚氧化乙烯溶液、聚甲基縮丁醛溶液、橡膠溶液和聚乳酸溶液。接著，
實施例I製備的具體步驟為步驟I，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為0. 1% : 99. 9%的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液；其中，可溶性鹽為可溶性鎂鹽中的氯化鎂，聚合物為二乙酸纖維素，溶劑為丙酮。再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維。步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡(或霧化噴塗)5min，得到中間產物；其中，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為矽酸鈉，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為丙酮，浸泡(或霧化噴塗)時的溫度為0°C、氣壓為llOPa、氣氛為氮氣氣氛(或氬氣氣氛或兩者的混合氣氛)。再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理；其中，乾燥處理為將中間產物置於溫度為室溫、氣壓為llOPa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)下進行乾燥。 步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為0. 001 ^%的聚合物溶液進行浸泡(或淋洗)3min ;其中，聚合物溶液為二乙酸纖維素溶液。再將其置於80°C下加熱10h，製得近似於圖IA所示，以及如圖IB中的曲線所示的分散性納米複合材料。實施例2製備的具體步驟為步驟1，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為15% : 85%的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液；其中，可溶性鹽為可溶性鎂鹽中的氯化鎂，聚合物為二乙酸纖維素，溶劑為丙酮。再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維。步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡(或霧化噴塗)25h，得到中間產物；其中，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為矽酸鈉，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為丙酮，浸泡(或霧化噴塗)時的溫度為25°C、氣壓為108Pa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)。再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理；其中，乾燥處理為將中間產物置於溫度為55°C、氣壓為108Pa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)下進行乾燥。步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為0. Olwt%的聚合物溶液進行浸泡(或淋洗)3min;其中，聚合物溶液為二乙酸纖維素溶液。再將其置於105°C下加熱8h，製得近似於圖IA所示，以及如圖IB中的曲線所示的分散性納米複合材料。實施例3製備的具體步驟為步驟I，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為30% : 70%的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液；其中，可溶性鹽為可溶性鎂鹽中的氯化鎂，聚合物為二乙酸纖維素，溶劑為丙酮。再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維。步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡(或霧化噴塗)50h，得到中間產物；其中，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為矽酸鈉，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為丙酮，浸泡(或霧化噴塗)時的溫度為50°C、氣壓為105Pa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)。再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理；其中，乾燥處理為將中間產物置於溫度為85°C、氣壓為105Pa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)下進行乾燥。步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為0. Iwt%的聚合物溶液進行浸泡(或淋洗)2min ;其中，聚合物溶液為二乙酸纖維素溶液。再將其置於130°C下加熱5h，製得如圖IA所示，以及如圖IB中的曲線所示的分散性納米複合材料。
實施例4製備的具體步驟為步驟I，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為45% : 55%的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液；其中，可溶性鹽為可溶性鎂鹽中的氯化鎂，聚合物為二乙酸纖維素，溶劑為丙酮。再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維。步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡(或霧化噴塗)75h，得到中間產物；其中，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為矽酸鈉，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為丙酮，浸泡(或霧化噴塗)時的溫度為75°C、氣壓為103Pa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)。再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理；其中，乾燥處理為將中間產物置於溫度為115°C、氣壓為103Pa、氣氛為氮氣氣氛(或氬氣氣氛或兩者的混合氣氛)下進行乾燥。步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為5 1:%的聚合物溶液進行浸泡(或淋洗)2min ;其中，聚合物溶液為二乙酸纖維素溶液。再將其置於155°C下加熱lh，製得近似於圖IA所示，以及如圖IB中的曲線所示的分散性納米複合材料。實施例5製備的具體步驟為步驟I，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為60 % : 40 %的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液；其中，可溶性鹽為可溶性鎂鹽中的氯化鎂，聚合物為二乙酸纖維素，溶劑為丙酮。再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維。步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡(或霧化噴塗)100h，得到中間產物；其中，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為矽酸鈉，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為丙酮，浸泡(或霧化噴塗)時的溫度為95°c、氣壓為lOOPa、氣氛為氮氣氣氛(或IS氣氣氛或兩者的混合氣氛)。再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理；其中，乾燥處理為將中間產物置於溫度為150°C、氣壓為lOOPa、氣氛為氮氣氣氛(或氬氣氣氛或兩者的混合氣氛)下進行乾燥。步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為IOwt%的聚合物溶液進行浸泡(或淋洗)lmin ;其中，聚合物溶液為二乙酸纖維素溶液。再將其置於180°C下加熱5min，製得近似於圖IA所示，以及如圖IB中的曲線所示的分散性納米複合材料。再分別選用作為可溶性鹽的可溶性鐵鹽、可溶性鋅鹽，可溶性鈣鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鈉鹽、可溶性鋁鹽、可溶性磷鹽、可溶性鉀鹽中的一種或兩種以上的混合物；其中，可溶性鐵鹽為氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、醋酸亞鐵、乙醯丙酮鐵、乙醯丙酮亞鐵、檸檬酸亞鐵、檸檬酸鐵、胺基酸鐵、胺基酸亞鐵中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅、醋酸鋅中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣中的一種或兩種的混合物，可溶性鎂鹽為氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鈉鹽為氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鋁鹽為氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、偏鋁酸鈉、偏鋁酸鉀中的一種或兩種以上的混合物，可溶性磷鹽為磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨中的一種或兩種以上的混合物，可溶性鉀鹽為氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物。作為聚合物的聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、 聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠、聚乳酸中的一種或兩種以上的混合物。作為溶劑的甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、汽油、苯、四氫呋喃、芳烴溶劑油中的一種或兩種以上的混合物。作為能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁、氯化鈉、氯化鉀、氯金酸、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸銀、硝酸鐵、硝酸亞鐵、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸銨、矽酸鈉、水合肼、硼氫化鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物；作為能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑的甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、水中的一種或兩種以上的混合物。作為聚合物溶液的聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、醋酸纖維素溶液、二乙酸纖維素溶液、聚丙烯腈溶液、聚丙烯醯胺溶液、聚醯胺溶液、聚氧化乙烯溶液、聚甲基縮丁醛溶液、橡膠溶液、聚乳酸溶液中的一種或兩種以上的混合溶液。重複上述實施例I 5,同樣製得了如或近似於圖IA或圖2A所示，以及如或近似於圖IB或圖2B中的曲線所示的分散性納米複合材料。顯然，本領域的技術人員可以對本發明的分散性納米複合材料及其製備方法進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種分散性納米複合材料，包括纖維，其特徵在於 所述纖維為複合纖維，所述複合纖維的直徑為IOnm 5pm、長度> lOOnm，其由不可溶性氫氧化物、不可溶性磷酸鹽、不可溶性碳酸鹽、不可溶性矽酸鹽中的一種或兩種以上的混合物與聚合物按照重量百分比為0. I 60% : 40 99. 9%的比例組成； 所述不可溶性氫氧化物為羥基氧化鐵，或氫氧化鐵，或氫氧化鋅，或氫氧化鎂，或氫氧化鋁，所述不可溶性磷酸鹽為磷酸鈣，或磷酸鐵，或磷酸亞鐵，或磷酸鎂，所述不可溶性碳酸鹽為碳酸鈣，或碳酸鎂，所述不可溶性矽酸鹽為矽酸鈣，或矽酸鎂，或矽酸鐵； 所述聚合物為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠、聚乳酸中的一種或兩種以上的混合物。
2.—種權利要求I所述分散性納米複合材料的製備方法，採用原位化學反應轉化法，其特徵在於完成步驟如下 步驟1，先將可溶性鹽與聚合物按照重量百分比為0. I 60% 40 99.9%的比例混合後溶於溶劑中，得到紡絲液，其中，可溶性鹽為可溶性鐵鹽、可溶性鋅鹽，可溶性鈣鹽、可溶性鎂鹽、可溶性鈉鹽、可溶性鋁鹽、可溶性磷鹽、可溶性鉀鹽中的一種或兩種以上的混合物，聚合物為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚氧化乙烯、聚甲基縮丁醛、橡膠、聚乳酸中的一種或兩種以上的混合物，溶劑為甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、汽油、苯、四氫呋喃、芳烴溶劑油中的一種或兩種以上的混合物，再對紡絲液使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維； 步驟2，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維進行浸泡或霧化噴塗5min 100h，得到中間產物，再對中間產物進行洗滌和乾燥的處理； 步驟3，先對乾燥後的中間產物使用濃度為0. 001 IOwt %的聚合物溶液進行浸泡或淋洗至少lmin，其中，聚合物溶液為聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、醋酸纖維素溶液、二乙酸纖維素溶液、聚丙烯腈溶液、聚丙烯醯胺溶液、聚醯胺溶液、聚氧化乙烯溶液、聚甲基縮丁醛溶液、橡膠溶液、聚乳酸溶液中的一種或兩種以上的混合溶液，再將其置於80 180°C下加熱5min IOh,製得分散性納米複合材料。
3.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是可溶性鐵鹽為氯化亞鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、醋酸亞鐵、乙醯丙酮鐵、乙醯丙酮亞鐵、檸檬酸亞鐵、檸檬酸鐵、胺基酸鐵、胺基酸亞鐵中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是可溶性鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣中的一種或兩種的混合物。
5.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是可溶性鎂鹽為氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂中的一種或兩種以上的混合物。
6.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是可溶性鈉鹽為氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉中的一種或兩種以上的混合物。
7.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是可溶性鉀鹽為氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物。
8.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶質為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水、氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鋁、氯化鈉、氯化鉀、氯金酸、硝酸鈣、硝酸鎂、硝酸銀、硝酸鐵、硝酸亞鐵、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、硫酸鈉、硫酸鋁、硫酸銨、矽酸鈉、水合肼、硼氫化鈉、硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鉀、焦磷酸鉀中的一種或兩種以上的混合物，能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液中的溶劑為甲酸、乙酸、鹽酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲醯胺、水中的一種或兩種以上的混合物。
9.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是浸泡或霧化噴塗時的溫度為O 95°C、氣壓為> lOOPa、氣氛為氮氣氣氛或気氣氣氛或兩者的混合氣氛。
10.根據權利要求2所述的分散性納米複合材料的製備方法，其特徵是乾燥處理為將 中間產物置於溫度為室溫 150°C、氣壓為> lOOPa、氣氛為氮氣氣氛或気氣氣氛或兩者的混合氣氛下進行乾燥。
全文摘要
本發明公開了一種分散性納米複合材料及其製備方法。材料為直徑為10nm～5μm、長度≥100nm的複合纖維，其由不可溶性氫氧化物、不可溶性磷酸鹽、不可溶性碳酸鹽、不可溶性矽酸鹽中的一種或兩種以上的混合物與聚合物按照重量百分比為0.1～60％∶40～99.9％的比例組成；方法為先將可溶性鹽與聚合物溶於溶劑，再對其使用靜電紡絲法紡得由可溶性鹽與聚合物構成的合成纖維，接著，先使用能與合成纖維中的可溶性鹽發生化學反應並形成不溶性產物的溶液對其進行浸泡或霧化噴塗，得到中間產物，再對中間產物洗滌和乾燥，之後，先對乾燥的中間產物使用聚合物溶液進行浸泡或淋洗，再將其置於80～180℃下加熱5min～10h，製得目標產物。它內含的無機納米粒子具有高度的分散性。
文檔編號D01F2/28GK102747439SQ20111010719
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者何輝, 林永興, 田興友, 胡坤, 蔡偉平 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院