一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法

2023-04-27 06:55:31 1

專利名稱：一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，屬於新材料技 術領域。
背景技術：
現有的有機和無機的超疏水納米纖維膜材料存在不耐高溫和柔韌性差的缺陷。常見的 有機納米纖維膜材料如聚苯乙烯在溫度高於IO(TC時就會發生變形，聚氧化乙烯在溫度65 'C時就開始軟化變形，二者都存在不耐高溫的弊病，給日常生活帶來很多不便。而無機納 米纖維膜如氧化鋅、氧化鋁等雖可承受40(TC以上的高溫，但纖維膜的質地脆，柔韌性很 差，無法實現彎曲變形，無法有效的在高溫高壓的惡劣環境中起到防汙自清潔的功效。

發明內容
本發明的目的是提供一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，以解 決上述疏水材料不耐高溫、柔韌性差等問題。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽
纖維膜的製備方法，其特徵在於，具體步驟為
第一步在6(TC下將模板聚合物用磁力攪拌器以50-2500rpm/min的轉速在溶劑中攪 拌12-30h得到質量分數為5_30%的模板溶液；
第二步在常溫下將有機矽或納米二氧化矽與水以及10-20 mol/L無機酸以質量比1: 0. 5-2: 0. 01混合，用磁力攪拌器以50-2500rpm/min的轉速攪拌6-30 h得到矽源溶液；
第三步在常溫下將第一步得到的模板溶液與第二步得到的矽源溶液以質量比1:
0. 5-2混合均勻，用磁力攪拌器以50-2500rpm/min的轉速攪拌12-24 h，得到電紡原液； 第四步在常溫下將第三步得到的電紡原液在電紡原液流速為0.5-4mL/h、施加電壓
為10-50千伏、靜電紡絲裝置的噴絲頭到接收裝置的距離為5-25釐米的條件下進行靜電
紡絲，得到複合纖維膜；
第五步將第四步得到的複合纖維膜放入馬福爐中，在400-170(TC下煅燒1-6 h，得
到納米二氧化矽纖維膜；
第六步將第五步得到的納米二氧化矽纖維膜放到質量分數為1-3%的有機矽烴類化合
物溶液中浸泡6-30h，然後置於80-IO(TC真空乾燥箱中乾燥I h，得到高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
第一步中的模板聚合物可為聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、 尼龍6、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚亞乙基亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚二苯胺、 聚鄰甲基苯胺、聚環氧氯丙垸、聚異丁烯、聚丙烯腈、聚己內酯、聚吡咯、聚對苯二甲酸 乙二酯、聚乙二醇、乳酸-羥基乙酸共聚物、聚氨酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚酯醯胺、 聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚-a-胺基酸、聚苯硫醚、環氧樹脂、聚矽氧烷、甲殼素、 殼聚糖、葡聚糖、纖維蛋白、絲蛋白、明膠、瓊脂、透明質酸、硫酸軟骨素、膠原、角叉 膠、藻酸鈉和藻酸鈣中的一種；第一步中的溶劑水可以替換為四氫呋喃、N,N-二甲基甲醯 胺、N，N-二甲基乙醯胺、丙酮、氯仿、二氯甲垸、甲醇、乙醚、二甲基亞碸、苯、四氯化 碳、1，2-二氯乙烷、1, l-二氯乙烷、三氯乙烷、2-甲氧基乙醇、1，1，2-三氯乙烯、1，2-二 甲氧基乙烷、1,2，3，4-四氫化萘、2-乙氧基乙醇、環丁碸、嘧啶、甲醯胺、正己烷、氯苯、 二氧雜環己烷、乙腈、乙烯基乙二醇、甲苯、甲基環己烷、1，2-二氯乙烯、二甲苯、環己 烷、N-甲基吡咯烷酮、戊烷、乙酸、苯甲醚、l-丙醇、2-丙醇、l-丁醇、2-丁醇、戊醇、 乙酸丁酯、三丁甲基乙醚、乙酸異丙酯、甲乙酮、異丙基苯、乙酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸 異丁酯、乙酸甲酯、3-甲基-l-丁醇、甲基異丁酮、2-甲基-l-丙醇、乙酸丙酯、1,1-二乙 氧基丙烷、1, 1-二甲氧基甲垸、2,2-二甲氧基丙烷、異辛垸、異丙醚、甲基異丙酮、甲基 四氫呋喃、石油醚、三氯乙酸、三氟乙酸和吡啶中的一種，優選聚乙烯醇、聚氧化乙烯、 聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、尼龍6、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚 苯胺、聚丙烯腈、聚己內酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯或聚碳酸酯。
第一步中的溶劑可為水、乙醇、甲酸、四氫呋喃、N，N-二甲基甲醯胺、丙酮、氯仿、 二氯甲烷、甲醇、苯、甲乙酮、二甲基亞碸、四氯化碳或環己烷。
所述第二步中的有機矽可為四乙氧基矽烷、四甲氧基矽垸、四丙氧基矽垸、四丁氧基 矽垸、二甲基二甲氧基矽烷或二甲基二乙氧基矽垸。
所述第二步中的無機酸可為磷酸、硫酸、鹽酸、醋酸或硝酸。
所述第六步中的有機矽烴類化合物可為十三氟辛基三乙氧基、十七氟癸基三乙氧基矽 烷、十三氟辛基三甲氧基矽垸、十七氟癸基三甲氧基矽烷、乙醯氧基三甲基矽烷、苄基二 甲基氯矽垸、苄基三氯矽垸、苄基三乙氧基矽垸、二(二甲氨基)二甲基矽、雙(二甲基氨 基)二甲基矽烷、1,3-雙三氟丙基-1,1，3，3-四甲基二矽代氧垸、叔丁基三甲基氯矽垸、叔 丁基二甲基氯矽烷、二氯異丁基甲基矽垸、正丁基三氯矽烷、叔丁基三氯矽垸、丁基三甲 氧基矽烷、環己基二甲基氯矽烷、甲基二氯環己基矽烷、甲基環己基二甲氧基矽烷、環乙基三氯矽烷、氰基己基三甲氧基矽烷、3-氯環戊基矽烷、環戊烷三甲氧基矽垸、癸基二甲 基氯矽垸、癸基三氯矽烷、正癸基三乙氧基矽垸、二丁基二氯化矽、廿二烷基三氯矽烷或 全氟十二烷基三氯矽垸中，優選十三氟辛基三乙氧基矽垸、十七氟癸基三乙氧基矽烷、十 三氟辛基三甲氧基矽烷、十七氟癸基三甲氧基矽垸、乙醯氧基三甲基矽烷、苄基二甲基氯 矽垸、苄基三氯矽垸、苄基三乙氧基矽烷、叔丁基三甲基氯矽垸、二氯異丁基甲基矽烷、 正丁基三氯矽烷、環乙基三氯矽垸、3-氯環戊基矽烷或二丁基二氯化矽。
第六步中的有機矽烴類化合物溶液中的溶劑可為正己烷、乙醇、甲酸、四氫呋喃，N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、丙酮、氯仿、二氯甲烷、甲醇、乙醚、二甲基亞碸、 苯、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1, l-二氯乙烷、三氯乙烷、2-甲氧基乙醇、1,1,2-三氯乙 烯、1，2-二甲氧基乙垸、1， 2, 3， 4-四氫化萘、2-乙氧基乙醇、環丁碸、嘧啶、甲醯胺、氯 苯、二氧雜環己垸、乙腈、乙烯基乙二醇、甲苯、甲基環己烷、1，2-二氯乙烯、二甲苯、 環己垸、N-甲基吡咯垸酮、戊垸、乙酸、苯甲醚、l-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、戊 醇、乙酸丁酯、三丁甲基乙醚、乙酸異丙酯、甲乙酮、異丙基苯、乙酸乙酯、甲酸乙酯、 乙酸異丁酯、乙酸甲酯、3-甲基-1-丁醇、甲基異丁酮、2-甲基-l-丙醇、乙酸丙酯、l，l-二乙氧基丙烷、1,1-二甲氧基甲烷、2,2-二甲氧基丙烷、異辛烷、異丙醚、甲基異丙酮、 甲基四氫呋喃、石油醚、三氯乙酸、三氟乙酸或吡啶；優選正己烷、乙醇、四氫呋喃、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、氯仿、二氯甲垸、甲醇、四氯化碳、嘧啶、二甲苯、 環己烷、甲乙酮或乙酸甲酯。
本發明與現有技術相比，優點如下
(1) 本發明高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，其製造的高柔韌超 疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜具有良好的柔韌性，可以自由的彎曲和巻繞而不破壞其自 身結構；
(2) 本發明高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，高柔韌超疏水耐高 溫納米無機二氧化矽纖維膜具有很好的耐高溫性能，在馬福爐溫度450'C下煅燒2h後仍具 有很好的柔韌性；
(3) 本發明高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，高柔韌超疏水耐高 溫納米無機二氧化矽纖維膜具有很好的疏水性和疏油性，其對水珠的平均靜態接觸角達到 158° ，對油滴的平均靜態接觸角達到148° ;
(4) 本發明高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，具有製備方法簡單， 成本低，且產率較高好的優點。
具體實施例方式
下面結合實施例，進一步闡述本發明。
實施例1
(1) 在60。C下將15g聚乙烯醇固體(平均分子量為86000)加入35g去離子水中，用磁 力攪拌器以50rpm/min的轉速攪拌12h，得到質量分數為30%的聚乙烯醇溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四乙氧基矽烷、水、1Omol/L磷酸各10g、 20g、 0. lg， 將四乙氧基矽烷與水以及IO mol/L磷酸以l: 2: O.Ol的質量比，將固體混合均勻用磁力 攪拌器以700rpm/min的轉速攪拌6h，得到四乙氧基矽垸溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚乙烯醇和四乙氧基矽垸溶液10g、 5g，以l: 0.5 的質量比將兩種溶液混合，在磁力攪拌器下以900rpm/min的轉速攪拌24h，得到電紡原液；
(4) 在常溫下，取10g電紡原液在0. 5mL/h的溶液流速，施加電壓50千伏，靜電紡絲 裝置的噴絲頭到接收裝置的距離為5釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度80(TC下煅燒lh，馬福爐的升溫速度為5'C/min， 即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的十三氟辛基三甲氧基矽垸的正己烷溶 液15h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-O. 1 MPa、溫度80。C下乾燥lh，即得到經測試纖 維的平均直徑為186納米、對水珠的靜態接觸角為154° 、對油的靜態接觸角為143° 、 可自由的彎曲和巻繞、經過溫度45(TC的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔 韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例2
(1) 在60 。C下將2.5g聚乙烯吡咯垸酮固體(平均分子量為58000)加入47. 5g質量 分數95%的乙醇中，用磁力攪拌器以2500rpm/fflin的轉速攪拌30h，得到質量分數為5%的 聚乙烯吡咯烷酮溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四甲氧基矽烷、水、11mol/L硫酸各5g、 2.5g、 0.05g， 將四甲氧基矽烷與水以及ll mol/L硫酸以l: 0.5: 0.01的質量比混合均勻用磁力攪拌器 以50rpm/min的轉速攪拌30 h，得到四甲氧基矽烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚乙烯吡咯垸酮和四甲氧基矽垸溶液5g、 10g， 以l: 2的質量比用磁力攪拌器以50 rpm/min的轉速攪拌12 h，得到電紡溶液；
(4) 在常溫下，取5g電紡溶液在溶液流速為4mL/h，施加電壓30千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為20釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度170(TC下煅燒1 h，馬福爐的升溫速度為5°C /min，即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入含有十七氟癸基三甲氧基矽垸質量分數為2%的乙醇溶 液中6 h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-0.1 MPa、溫度IO(TC下乾燥1 h，即得到經測 試纖維的平均直徑為240納米、對水珠的靜態接觸角為155° 、對油的靜態接觸角為146 ° 、可自由的彎曲和巻繞、經過溫度45(TC的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性 和柔韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例3
(1) 在6(TC下，將6g聚醋酸乙烯酯(平均分子量為50000)加入44 g四氫呋喃中， 用磁力攪拌器以400 rpm/min的轉速攪拌16h，得到質量分數為12%的聚醋酸乙烯酯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取粒徑為50納米的二氧化矽納米粒子、水、20 mol/L 鹽酸各5 g、 7.5 g、 0.05 g，將粒徑為50納米的二氧化矽納米粒子與水以及20 mol/L鹽 酸以l: 1.5: O.Ol的質量比，將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2500 rpm/min的轉速攪 拌25h，得到二氧化矽溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚醋酸乙烯酯和二氧化矽溶液5 g、 5g，以l: 1 的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500rpm/min的轉速攪拌20h，得到紡絲原液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在2mL/h的溶液流速，施加電壓10千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為25釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h，馬福爐的升溫速度為5'C/min，
即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為3%的十三氟辛基三乙氧基矽烷的四氫呋喃 溶液中30h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度9(TC下乾燥lh，即得到經 測試纖維的平均直徑為620納米、對水珠的靜態接觸角為156° 、對油的靜態接觸角為149 ° 、可自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 'C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性 和柔韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例4
(1) 在6(TC下，將8g聚氧化乙烯(平均分子量為486000)加入42 g氯仿中，用磁 力攪拌器以450 rpm/min的轉速攪拌15h，得到質量分數為16%的聚氧化乙烯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四丁氧基矽烷、水、15mol/L醋酸各5g、 7. 5 g、 0.05 g，將四丙氧基矽烷與水以及15 mol/L醋酸以1: 1.5: 0.01的質量比，將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2500 rpm/min的轉速攪拌25h，得到四丁氧基矽烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚氧化乙烯和四丁氧基矽烷溶液5 g、 5g，以l: 1的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500 rpm/min的轉速攪拌20h，得到紡絲原 液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在2mL/h的溶液流速，施加電壓30千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為25釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h，馬福爐的升溫速度為5'C/min，
即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為2%的十七氟癸基三乙氧基矽烷的N，N-二 甲基甲醯胺溶液中25h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度90"C下乾燥lh， 即得到經測試纖維的平均直徑為610納米、對水珠的靜態接觸角為157° 、對油的靜態接 觸角為147° 、可自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 "C的高溫處理後依然具有較好的疏水 性、疏油性和柔韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例5
(1) 在6(TC下，將6g聚丙烯酸(平均分子量為250000)加入44g甲酸中，用磁力攪 拌器以500 rpm/min的轉速攪拌24h，得到質量分數為12%的聚丙烯酸溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取二甲基二甲氧基矽烷、水、16mol/L硝酸各5 g、 7.5 g、 0.05 g，將二甲基二甲氧基矽烷與水以及16 mol/L硝酸以1: 1.5: 0.01的質量比， 將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2500rpm/min的轉速攪拌25h，得到二甲基二甲氧基矽 烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚丙烯酸和二甲基二甲氧基矽垸溶液5 g、 5 g, 以1: 1的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500 rpm/min的轉速攪拌20h，得到 紡絲原液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在3mL/h的溶液流速，施加電壓10千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為23釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h，馬福爐的升溫速度為5。C/min，
即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為]%的乙醯氧基三甲基矽烷的N,N-二甲基 乙醯胺溶液中25 h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-O. 1 MPa、溫度9(TC下乾燥1 h，即 得到經測試纖維的平均直徑為625納米、對水珠的靜態接觸角為159° 、對油的靜態接觸角為146° 、可自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 "C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、 疏油性和柔韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例6
(1) 在6(TC下，將5g尼龍6 (平均分子量為17000)加入45 g苯中，用磁力攪拌器 以1400 rpm/min的轉速攪拌18h，得到質量分數為10%的尼龍6溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取二甲基二乙氧基矽垸、水、14mol/L磷酸各5 g、 7.5 g、 0.05 g，將二甲基二乙氧基矽垸與水以及14 mol/L磷酸以1: 1.5: 0.01的質量比， 將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2400 rpm/min的轉速攪拌28h，得到二甲基二乙氧基矽 垸溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取尼龍6和二甲基二乙氧基矽烷溶液5 g、 5 g，以 1: 1的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2400 rpm/min的轉速攪拌22h，得到紡 絲原液；
(4) 在常溫下，取5g紡絲原液在3mL/h的溶液流速，施加電壓10千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為20釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6 h，馬福爐的升溫速度為5 °C /min，即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的苄基二甲基氯矽垸的二氯甲烷溶液中 30 h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度90。C下乾燥1 h，即得到經測試纖 維的平均直徑為615納米、對水珠的靜態接觸角為154° 、對油的靜態接觸角為146° 、 可自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 r的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔
韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例7
(1) 在60。C下，將4g聚苯乙烯(平均分子量為100000)加入46g丙酮中，用磁力攪 拌器以500 rpm/min的轉速攪拌15h，得到質量分數為8%的聚苯乙烯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四丙氧基矽烷、水、12 mol/L鹽酸各5 g、 7. 5 g、 0.05 g，將四丙氧基矽垸與水以及12 mol/L鹽酸以1: 1.5: 0.01的質量比，將固體混合均勻 在磁力攪拌器下以2300 rpm/min的轉速攪拌22h，得到四丙氧基矽烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚苯乙烯和四丙氧基矽垸溶液5 g、 5g，以l: 1 的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500rpm/min的轉速攪拌20h，得到紡絲原液；
(4) 在常溫下，取7g紡絲原液在4mL/h的溶液流速，施加電壓20千伏，靜電紡絲裝
10置的噴絲頭到接收裝置的距離為25釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h，馬福爐的升溫速度為5'C/niin， 即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的苄基三氯矽垸的嘧啶溶液中26 h， 之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度9(TC下乾燥1 h，即得到經測試纖維的平 均直徑為622納米、對水珠的靜態接觸角為155° 、對油的靜態接觸角為145° 、可自由 的彎曲和巻繞、經過溫度450 'C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔韌性的 高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例8
(1) 在6(TC下，將6g聚甲基丙烯酸甲酯(平均分子量為1000000)加入44 g四氯化 碳中，用磁力攪拌器以500 rpm/min的轉速攪拌24h，得到質量分數為12%的聚甲基丙烯 酸甲酯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取二甲基二甲氧基矽烷、水、16mol/L硝酸各5 g、 7.5 g、 0.05 g，將二甲基二甲氧基矽烷與水以及16 mol/L硝酸以1: 1.5: 0.01的質量比， 將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2500rpm/min的轉速攪拌25h，得到二甲基二甲氧基矽 烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚甲基丙烯酸甲酯和二甲基二甲氧基矽垸溶液5
g、 5g，以1: 1的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500rpm/min的轉速攪拌20h， 得到紡絲原液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在3mL/h的溶液流速，施加電壓10千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為23釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h，馬福爐的升溫速度為5t:/min， 即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的苄基三乙氧基矽烷的甲醇溶液中25
h, 之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度9CTC下乾燥1 h，即得到經測試纖維 的平均直徑為625納米、對水珠的靜態接觸角為159° 、對油的靜態接觸角為146° 、可 自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 'C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔韌 性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例9
(1)在6(TC下，將8g聚苯胺(平均分子量為100000)加入42 g N， N-二甲基乙醯胺中，用磁力攪拌器以450 rpm/min的轉速攪拌15h，得到質量分數為16%的聚苯胺溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四丁氧基矽垸、水、15mol/L醋酸各5g、 7. 5 g、 0.05 g，將四丙氧基矽烷與水以及15 mol/L醋酸以1: 1.5: 0.01的質量比，將固體混合均勻 在磁力攪拌器下以2500 rpm/min的轉速攪拌25h，得到四丁氧基矽烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚苯胺和四丁氧基矽垸溶液5 g、 5 g，以1: 1 的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500 rpm/min的轉速攪拌20h，得到紡絲原液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在2mL/h的溶液流速，施加電壓30千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為25釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6 h，馬福爐的升溫速度為5°C/min，
即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為2%的叔丁基三甲基氯矽烷的氯仿溶液中 25 h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-O. 1 MPa、溫度9(TC下乾燥1 h，即得到經測試纖 維的平均直徑為610納米、對水珠的靜態接觸角為157° 、對油的靜態接觸角為147° 、 可自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 'C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔 韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例10
(1) 在6(TC下，將6g聚丙烯腈(平均分子量為50000)加入44 g二氯甲垸中，用磁 力攪拌器以400 rpm/min的轉速攪拌16h，得到質量分數為12%的聚丙烯腈溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取粒徑為50納米的二氧化矽納米粒子、水、20 mol/L 鹽酸各5 g、 7.5 g、 0.05 g，將粒徑為50納米的二氧化矽納米粒子與水以及20 mol/L鹽 酸以l: 1.5: O.Ol的質量比，將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2500 rpm/min的轉速攪 拌25h，得到二氧化矽溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚丙烯腈和二氧化矽溶液5 g、 5 g，以1: 1的 質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500 rpm/min的轉速攪拌20h，得到紡絲原液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在2mL/h的溶液流速，施加電壓10千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為25釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h，馬福爐的升溫速度為5TVinin，
即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為3%的二氯異丁基甲基矽烷的四氯化碳溶 液中30h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度9(TC下乾燥lh，即得到經測試纖維的平均直徑為620納米、對水珠的靜態接觸角為156° 、對油的靜態接觸角為149 ° 、可自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 'C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性 和柔韌性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例11
(1) 在60。C下將15g聚己內酯固體(平均分子量為200000)加入35g甲乙酮中，用磁 力攪拌器以50rpm/min的轉速攪拌12h，得到質量分數為30%的聚己內酯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四乙氧基矽垸、水、1Omol/L磷酸各10g、 20g、 0. lg， 將四乙氧基矽烷與水以及10 mol/L磷酸以1: 2: O.Ol的質量比，將固體混合均勻用磁力 攪拌器以700rpm/min的轉速攪拌6h，得到四乙氧基矽垸溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚己內酯和四乙氧基矽垸溶液10g、 5g，以l: 0.5 的質量比將兩種溶液混合，在磁力攪拌器下以900rpm/min的轉速攪拌24h，得到電紡原液；
(4) 在常溫下，取10g電紡原液在0.5mL/h的溶液流速，施加電壓50千伏，靜電紡絲 裝置的噴絲頭到接收裝置的距離為5釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度80(TC下煅燒lh，馬福爐的升溫速度為5TVmin， 即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的正丁基三氯矽垸的環己垸溶液15h，之 後放入真空乾燥箱在真空度為-O. 1 MPa、溫度8(TC下乾燥lh，即得到經測試纖維的平均 直徑為186納米、對水珠的靜態接觸角為154° 、對油的靜態接觸角為143° 、可自由的 彎曲和巻繞、經過溫度45(TC的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔韌性的高 柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例12
(1) 在60。C下將15g聚乳酸固體(平均分子量為150000)加入35g乙醚中，用磁力攪 拌器以50rpm/min的轉速攪拌12h，得到質量分數為30%的聚乳酸溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四乙氧基矽烷、水、10mol/L磷酸各10g、 20g、 0. lg， 將四乙氧基矽烷與水以及10 mol/L磷酸以1: 2: O.Ol的質量比，將固體混合均勻用磁力 攪拌器以700rpm/min的轉速攪拌6h，得到四乙氧基矽烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚乳酸和四乙氧基矽烷溶液10g、 5g，以1: 0.5 的質量比將兩種溶液混合，在磁力攪拌器下以900rpm/min的轉速攪拌24h，得到電紡原液；
(4) 在常溫下，取10g電紡原液在0.5mL/h的溶液流速，施加電壓50千伏，靜電紡絲 裝置的噴絲頭到接收裝置的距離為5釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度80(TC下煅燒lh，馬福爐的升溫速度為5"C/min， 即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的二丁基二氯化矽的二甲苯溶液15h，之 後放入真空乾燥箱在真空度為-O. 1 MPa、溫度8(TC下乾燥lh，即得到經測試纖維的平均 直徑為184納米、對水珠的靜態接觸角為154° 、對油的靜態接觸角為143° 、可自由的 彎曲和巻繞、經過溫度45(TC的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔韌性的高 柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例13
(1) 在60。C下將15g聚偏氟乙烯固體(平均分子量為90000)加入35g二甲基亞碸中， 用磁力攪拌器以50rpm/min的轉速攪拌12h，得到質量分數為30%的聚偏氟乙烯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取四乙氧基矽垸、水、1Omol/L磷酸各10g、 20g、 0. lg， 將四乙氧基矽烷與水以及IO mol/L磷酸以l: 2: O.Ol的質量比，將固體混合均勻用磁力 攪拌器以700rpm/min的轉速攪拌6h,得到四乙氧基矽烷溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚偏氟乙烯和四乙氧基矽垸溶液10g、 5g，以1: 0.5的質量比將兩種溶液混合，在磁力攪拌器下以900rpm/min的轉速攪拌24h，得到電紡 原液；
(4) 在常溫下，取10g電紡原液在0.5mL/h的溶液流速，施加電壓50千伏，靜電紡絲 裝置的噴絲頭到接收裝置的距離為5釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度80(TC下煅燒lh，馬福爐的升溫速度為5"C/min， 即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的環乙基三氯矽烷的乙酸甲酯溶液15h， 之後放入真空乾燥箱在真空度為-0. 1 MPa、溫度8(TC下乾燥lh，即得到經測試纖維的平 均直徑為189納米、對水珠的靜態接觸角為154° 、對油的靜態接觸角為143° 、可自由 的彎曲和巻繞、經過溫度45(TC的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔韌性的 高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
實施例14
(1) 在6(TC下，將6g聚碳酸酯(平均分子量為250000)加入44g環己垸中，用磁力 攪拌器以500 rpm/rain的轉速攪拌24h，得到質量分數為12%的聚碳酸酯溶液；
(2) 在常溫下，用分析天平稱取二甲基二甲氧基矽垸、水、16mol/L硝酸各5g、 7.5 g、 0.05 g，將二甲基二甲氧基矽垸與水以及16 mol/L硝酸以1: 1.5: 0.01的質量比，
14將固體混合均勻在磁力攪拌器下以2500 rpm/min的轉速攪拌25h，得到二甲基二甲氧基矽 垸溶液；
(3) 在常溫下，分別用分析天平稱取聚碳酸酯和二甲基二甲氧基矽烷溶液5 g、 5 g， 以l: 1的質量比將兩種溶液混合，用磁力攪拌器以2500 rpm/min的轉速攪拌20h，得到 紡絲原液；
(4) 在常溫下，取6g紡絲原液在3mL/h的溶液流速，施加電壓10千伏，靜電紡絲裝 置的噴絲頭到接收裝置的距離為23釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；
(5) 將複合纖維膜放入馬福爐，在溫度40(TC下煅燒6h,馬福爐的升溫速度為5'C/min，
即得到納米二氧化矽纖維膜；
(6) 將納米二氧化矽纖維膜浸入質量分數為1%的3-氯環戊基矽烷的甲乙酮溶液中25 h，之後放入真空乾燥箱在真空度為-O. 1 MPa、溫度9(TC下乾燥1 h，即得到經測試纖維 的平均直徑為625納米、對水珠的靜態接觸角為159° 、對油的靜態接觸角為146° 、可 自由的彎曲和巻繞、經過溫度450 'C的高溫處理後依然具有較好的疏水性、疏油性和柔韌 性的高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
權利要求
1、一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，其特徵在於，具體步驟為第一步在60℃下將模板聚合物用磁力攪拌器以50-2500rpm/min的轉速在溶劑中攪拌12-30h得到質量分數為5-30％的模板溶液；第二步在常溫下將有機矽或納米二氧化矽與水以及10-20mol/L無機酸以質量比1∶0.5-2∶0.01混合，用磁力攪拌器以50-2500rpm/min的轉速攪拌6-30h得到矽源溶液；第三步在常溫下將第一步得到的模板溶液與第二步得到的矽源溶液以質量比1∶0.5-2混合均勻，用磁力攪拌器以50-2500rpm/min的轉速攪拌12-24h，得到電紡原液；第四步在常溫下將第三步得到的電紡原液在電紡原液流速為0.5-4mL/h、施加電壓為10-50幹伏、靜電紡絲裝置的噴絲頭到接收裝置的距離為5-25釐米的條件下進行靜電紡絲，得到複合纖維膜；第五步將第四步得到的複合纖維膜放入馬福爐中，在400-1700℃下煅燒1-6h，得到納米二氧化矽纖維膜；第六步將第五步得到的納米二氧化矽纖維膜放到質量分數為1-3％的有機矽烴類化合物溶液中浸泡6-30h，然後置於80-100℃真空乾燥箱中乾燥1h，得到高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。
2、 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，第一步中的模板聚合物為聚乙烯醇、 聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、尼龍6、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚甲基丙 烯酸甲酯、聚苯胺、聚丙烯腈、聚己內酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯或聚碳酸酯。
3、 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，第一步中的溶劑為水、乙醇、甲酸、 四氫呋喃、N，N-二甲基甲醯胺、丙酮、氯仿、二氯甲烷、甲醇、苯、甲乙酮、二甲基亞碸、 四氯化碳或環己烷。
4、 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述第二步中的有機矽為四乙氧基 矽烷、四甲氧基矽垸、四丙氧基矽烷、四丁氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽垸或二甲基二乙 氧基矽烷。
5、 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述第二步中的無機酸為磷酸、硫 酸、鹽酸、醋酸或硝酸。
6、 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述第六步中的有機矽烴類化合物為十三氟辛基三乙氧基矽垸、十七氟癸基三乙氧基矽垸、十三氟辛基三甲氧基矽烷、十七 氟癸基三甲氧基矽垸、乙醯氧基三甲基矽垸、苄基二甲基氯矽垸、苄基三氯矽烷、苄基三 乙氧基矽垸、叔丁基三甲基氯矽烷、二氯異丁基甲基矽烷、正丁基三氯矽烷、環乙基三氯 矽垸、3-氯環戊基矽烷或二丁基二氯化矽。
7、如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，第六步中的有機矽烴類化合物溶液 中的溶劑為正己烷、乙醇、四氫呋喃、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、氯仿、二 氯甲垸、甲醇、四氯化碳、嘧啶、二甲苯、環己垸、甲乙酮或乙酸甲酯。
全文摘要
本發明提供了一種高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜的製備方法，其特徵在於，具體步驟為在60℃下將模板聚合物在溶劑中攪拌得到質量分數為5-30％的模板溶液；在常溫下將有機矽或納米二氧化矽與水以及無機酸混合得到矽源溶液；在常溫下模板溶液與矽源溶液混合均勻得到電紡原液；在常溫下將電紡原液進行靜電紡絲得到複合纖維膜；將複合纖維膜放入馬福爐中煅燒得到納米二氧化矽纖維膜；將納米二氧化矽纖維膜放到有機矽烴類化合物溶液中浸泡6-30h，然後真空乾燥得到高柔韌超疏水耐高溫納米二氧化矽纖維膜。該材料能在高溫高壓的惡劣環境中起到防汙自清潔的功效。
文檔編號D01D1/00GK101603245SQ20091005443
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月6日 優先權日2009年7月6日
發明者彬 丁, 俞建勇, 剛 孫, 雪 毛, 孟 郭 申請人:東華大學