[發明專利]具有可控超高比表面積的有機納米多孔纖維膜的制備方法

無效

• 申請號: 201010231816.7
• 申請日: 2010-07-20
• 公開（公告）號: CN101942704A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 丁彬;林金友;俞建勇;楊建茂;孫剛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D5/247;D01F6/22;D01F6/62;D01F2/28;D01F6/78;D01F6/16;D01F6/64;D01F6/10;D01F6/18;D01F6/84;D01F6/74
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種具有可控超高比表面積的有機納米多孔纖維膜的制備方法，屬于納米材料制備領域。

背景技術

近年來，靜電紡絲技術作為一種可制備直徑分布在幾百個納米到幾個微米范圍內纖維的簡單而有效的方法，越來越受到重視，引起了各國科研工作者的廣泛關注。迄今為止，已有近百種聚合物被用來通過溶液或熔融紡絲制備成靜電紡納米纖維膜。在過去的近10年里，靜電紡納米纖維膜已經應用在過濾膜、反應催化劑載體、超高靈敏度生物傳感器、生物組織工程、染料敏化太陽能電池等領域，且應用性能隨著纖維比表面積的增加而獲得提高。但如何獲得具有可控超高比表面納米多孔纖維將會極大推動納米纖維在上述研究領域中的應用。

目前，獲得納米多孔纖維膜的方法主要是多步法。其方法主要是將兩種或兩種以上聚合物共混紡絲后，經過后處理去除其中一種成分，而形成多孔結構，后處理包括紫外光照射交聯處理、溶劑萃取和熱降解等方式。其工藝繁瑣，而且后處理工藝難以完全去除多余成分，嚴重影響纖維性能，難以實際應用。另外，一些研究者使用高揮發性溶劑紡絲，并通過加入非溶劑相來調整溶劑的揮發速度，來制備納米多孔纖維膜，但得到僅是纖維表面上有孔的納米多孔纖維膜。

公開號為CN2921043Y的中國專利涉及一種帶納米孔的纖維，并沒有公布其制備方法和纖維的比表面積；美國專利Patent?No.US6790528B2公布了一種納米多孔纖維膜制備方法，其使用單一溶劑組分，獲得了不同表面形態的納米多孔纖維，但納米孔僅存在纖維表面，纖維內部并不是多孔結構，而且在纖維膜比表面積上沒有實現可調控性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有可控超高比表面積有機納米多孔纖維的制備方法，克服了上述制備方法中的缺陷，不經過任何后處理，一步法制備出具有可控超高比表面積的有機納米多孔纖維膜，比表面積可達200m²/g。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種具有可控超高比表面積的有機納米多孔纖維膜的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

第一步、在室溫下，將疏水性聚合物加入到盛有溶劑的密閉器皿中，放在磁力攪拌器上，以10-200rpm的轉速攪拌，溶解聚合物，得到性質均勻的高分子溶液；

第二步、在室溫、濕度為25％-75％的條件下，將第一步制備的高分子溶液置于密閉注射器中，在靜電紡絲設備上進行紡絲，得到具有可控超高比表面積的有機納米多孔纖維膜。

所述的疏水性聚合物優選為聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚醋酸乙烯酯，聚乳酸，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚丁二酸丁二醇-共-對苯二甲酸丁二醇酯，聚羥基戊酸酯，聚醚酰亞胺，聚甲醛或乙基纖維素。

所述的溶劑優選為N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氫呋喃，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，苯，甲苯，環己烷及六氟異丙醇的一種或兩種以上的混合物。

所述的具有可控超高比表面積的有機納米多孔纖維膜中纖維的直徑為50納米-5微米，纖維內外皆有孔，纖維之間也有孔，孔徑為1納米-150納米。

所述的靜電紡絲過程中所加電壓為5-40千伏，高分子溶液灌注速度為0.1-10毫升/小時，纖維接收距離為10-25厘米，高分子溶液質量分數為5％-30％。

本發明將疏水性聚合物溶解在高揮發性溶劑中，通過靜電紡絲過程，高分子聚合物的微小液體流在高壓靜電場中經高速拉伸和溶劑快速揮發，以及電紡環境中非溶劑相的侵入，促使液體流發生快速相分離，形成聚合物富集相和溶劑富集相，聚合物富集相固化最終形成纖維的骨架，而溶劑富集相在溶劑揮發干后形成纖維的孔道。通過共混溶劑來調整溶劑的揮發性以控制溶劑的揮發速度，通過電紡環境中非溶劑相的含量侵入微小液體流來影響相分離的速度，從而通過二者之間的競爭來實現對纖維多孔結構的調控，以到達到控制纖維比表面積的目的。

與現有方法相比，本發明的優點如下：

1、本發明通過選用多組分混合溶劑體系和疏水性聚合物，采用靜電紡絲方法，不經過任何后處理工藝，直接制備出具有超高比表面積有機納米多孔纖維膜、其比表面積可達200m²/g。

2、通過調整混合溶劑的組成比例，改變溶劑的揮發速度以及靜電紡絲過程中加工工藝參數，可以控制納米多孔纖維的直徑大小、孔徑大小、孔徑分布和比表面積。

3、生產方法簡單，成本低廉，生產效率高，能夠滿足應用需求。

具體實施方式

下面結合實施例來具體說明本發明。