[發明專利]含POSS聚合物復合纖維的靜電紡絲制備方法

有效

• 申請號: 201210041565.5
• 申請日: 2012-02-23
• 公開（公告）號: CN102586926A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 薛萌;張獻;林永興;馬磊;吳釗峰;田興友
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F6/48;D01F6/92;D01F6/52;D01F6/94;D01F6/44;D01F6/54;D01F6/50;D01F2/28;D01F8/00;D01F1/10
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及聚合物靜電紡絲的領域，確切地說是一種含POSS聚合物復合纖維的靜電紡絲制備方法。

背景技術

1934年，Formhals設計了第一個利用聚合物溶液在強電場下噴射進行紡絲加工的裝置；到20世紀60年代，電紡絲開始應用到紡織工業中，用于生產各種聚合物纖維無紡布。20世紀90年代，Reneker等人的研究使靜電紡絲技術引起人們的廣泛關注。原因在于通過靜電紡絲可以得到直徑為亞微米到納米級的超細纖維，具有比表面積大、孔隙率高等特點；該技術將基礎和應用很好的結合起來，使復雜的多功能系統有望得到商業化的應用；纖維宏觀上的一些性質（特殊的物理、化學和生物親和性能）使其可以根據不同的應用目的在分子水平上加以修飾。目前已有許多關于靜電紡絲法制備聚合物纖維的報道，其中在公開號為CN?101089259?A和CN?101100767?A兩篇專利中，提到一種由靜電紡絲技術制備三元乙丙橡膠（EPDM）超細纖維，可以應用在吸油材料中。但是由于EPDM橡膠本身的特性，它在高溫條件下容易降解，從而使材料失去功效；因此為進一步滿足市場對EPDM纖維材料的需求，須對該材料進行添加劑改性，以大幅度提高材料的耐熱性能。

籠形倍半硅氧烷（POSS）是一種新型有機無機納米雜化體系，它是以無機的Si₈O₁₂組成籠形骨架，三維尺寸在1-2nm左右，外圍則有八個與Si原子相連接的有機基團包圍著內核。無機的硅氧骨架賦予材料良好的耐熱和機械性能，還能起到增強增韌的效果，外圍的有機基團則能改善POSS與聚合物基體的相容性。POSS這種獨特的結構帶來的良好性能使其成為一種制備聚合物復合材料的優良添加劑，目前含有POSS的功能復合材料已經成為研究的熱點。但是通過傳統的熔融共混方法制備出含POSS聚合物復合材料，由于POSS容易出現團聚現象，使得POSS顆粒在基體中分散不佳，從而影響了復合材料性能的進一步提高。所以如何解決POSS在聚合物中的難分散問題和如何改善POSS和聚合物基體間的相容性成為相關研究的重點和難點。

而通過靜電紡絲方法制備含POSS的聚合物復合纖維，特別是EPDM復合纖維，可以同時解決上述所有難題。一方面POSS的加入可以改善聚合物纖維材料的耐熱性能，另一方面靜電紡絲制備方法可以將POSS與聚合物通過溶液共混的方式相混合，既解決了POSS在聚合物基體中的分散性，同時POSS與聚合物又有良好的相容性。據了解，通過這種方法來制備熱穩定性改善的EPDM纖維材料在以往的文獻專利中還鮮有報道，所以本發明對于實現EPDM復合纖維材料在實際規模中的應用具有重要現實意義。

發明內容

本發明的目的是針對現存缺陷，提供一種可以在聚合物基體中均勻分散的含POSS聚合物復合纖維的靜電紡絲制備方法。

上述目的通過以下方案實現：

含POSS聚合物復合纖維的靜電紡絲制備方法，其特征在于：

包括以下步驟：

（1）先將高分子聚合物和聚合物溶劑按照質量比為2-15：85-98的比例混合后，置于溫度20-60℃條件下攪拌至少2h，得到濃度為2-15%的混合溶液；

（2）再將可溶性POSS和步驟（1）中所得的混合溶液按照POSS：高分子聚合物?=?1-20：80-99的質量比相混合，置于溫度20-60℃條件下攪拌，使POSS充分溶解，得到紡絲溶液；

（3）然后將紡絲溶液置于靜電紡絲設備上進行紡絲，紡絲收集方式為平板收集或轉鼓收集。

所述聚合物纖維中復合有1-20%的POSS，所述POSS為可溶性的化合物，所述復合有POSS的聚合物纖維的直徑為20-2000nm。

所述的高分子聚合物為三元乙丙橡膠、二元乙丙橡膠、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醋酸乙烯酯、聚環氧乙烷、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚砜、聚丙烯酰胺、醋酸纖維素中的一種或幾種組成。

紡絲各種實驗參數可控，其中：外加電壓10-30kV、噴絲針頭到接收裝置的距離5-30cm、紡絲溶液流速0.1-4.0mL/h。

所述的聚合物溶劑為四氫呋喃、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、三氟乙酸、三氯乙酸、甲苯、氯苯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙酸、乙醇、水中的一種或幾種組成；所述的可溶性POSS為苯基-POSS、氫基-POSS、甲基-POSS、乙烯基-POSS、氨基-POSS、硝基-POSS、氨苯基-POSS、硝基苯基-POSS中的一種或幾種組成。

本發明的有益效果為：