[發明專利]一種通過靜電紡制備多孔中空納米氧化鋁纖維的方法

無效

• 申請號: 201210238097.0
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102776603A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 劉朋超;朱軼錚;馬敬紅;龔靜華;楊曙光;徐堅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;D01F11/00;D01D5/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬于中空陶瓷纖維的制備領域，特別涉及一種通過靜電紡制備多孔中空納米氧化鋁纖維的方法。

背景技術

陶瓷纖維是一種纖維狀輕質耐火材料，直徑一般為2~5μm，長度30~250mm，纖維表面呈光滑圓柱形。由于具有耐高溫、熱穩定好、導熱率低、比熱小等優點，廣泛應用于石化、冶金、電力、航空、航空、航天等各個領域。陶瓷纖維最早是出現在1941年，美國巴布威爾考克斯公司用天然高嶺土，采用電弧爐熔融噴吹成纖維。從20世紀70年代陶瓷纖維在我國開始生產使用,其應用技術在20世紀80年代得到迅速推廣，在進入20世紀90年代，含鋯纖維和多晶氧化鋁纖維得到推廣。根據使用功能的不同，陶瓷纖維一般可分為耐高溫陶瓷纖維和功能陶瓷纖維。其種類包含普通硅酸鋁陶瓷纖維，高硅酸鋁陶瓷纖維，含Cr₂O₃、ZrO₂或B₂O₃的硅酸鋁陶瓷纖維，多晶氧化鋁纖維和多晶莫來石纖維等，其制備方法主要包括化學氣相反應法、化學氣相沉積法、聚合物前驅體法、靜電紡絲法、溶膠凝膠法等。

靜電紡絲是20世紀30年代的專利發明，高壓使聚合物溶液或者熔體從噴絲頭里噴射出來形成帶電射流，在到達接收裝置之前，帶電射流由于溶劑的揮發凝結，聚合物冷卻固化形成聚合物纖維，最后沉積在接收裝置上。基于靜電紡絲的方法制備中空納米陶瓷纖維主要包括：（1）同軸靜電紡絲法（始于2003年），2004年Li等用類似的方法通過將PVP與Ti(OiPr)₄為殼溶液，重礦物油為核溶液，靜電紡絲制備納米纖維，然后在高溫下燒掉殼與核的有機成分，從而得到中空TiO₂納米纖維。之后，碳微米/納米管、多空腔微管也采用該方法得到了制備。（2）后處理法：通過將納米纖維膜浸漬或者蒸汽沉積的方法獲得中空結構。Li等報道了先以電紡的Mn₂O₃納米纖維作為氧化劑模板誘導苯胺在其上進行聚合，反應后除去Mn₂O₃，獲得了室溫下對NH3具有優異傳感性的聚苯胺納米管。類似的方法也被用來制備SnO₂納米管；Kim用聚丙烯腈（PAN）納米纖維做模板通過原子沉積以及后續燒結的方法獲得了SnO₂納米管。

但是以上提到的通過靜電紡絲技術制備中空納米陶瓷纖維需要特殊的帶有內插管的針頭、核層萃取劑或者是特殊的模板聚合物，靜電紡設備復雜，工藝繁瑣。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種通過靜電紡制備多孔中空納米氧化鋁纖維的方法，該方法工藝條件簡單，環境污染小，采用最簡單的靜電紡設備，只需經過簡單的高溫處理就可得到中空納米陶瓷氧化鋁纖維。

本發明的一種通過普通靜電紡制備多孔中空納米氧化鋁纖維的方法，包括：

（1）制備均勻的紡絲液：將金屬鹽和聚合物溶解于共溶劑中，制備成均勻的或者是穩定分散的紡絲液；其中金屬鹽的分解溫度低于聚合物的降解溫度，聚合物的玻璃化轉變溫度低于金屬鹽的分解溫度，金屬鹽分解生成的氧化物的擴散速率小于金屬鹽的擴散速率；

（2）制備雜化納米纖維：將上述的均勻的或者是穩定分散的紡絲液進行靜電紡絲，制備雜化納米纖維；

（3）熱處理：將上述雜化納米纖維干燥后，進行熱處理，得到多孔中空納米氧化鋁纖維。

步驟（1）中所述的金屬鹽為無機鋁鹽、有機鋁鹽中的一種或幾種，或者為由無機鋁鹽、有機鋁鹽中的一種或幾種制備的溶膠，并且在高溫分解時生成的氧化物條件下，金屬鹽擴散的速率要大于金屬氧化物的擴散速率。

所述的無機鋁鹽包括氯化鋁（AlCl₃）、硫酸鋁（Al₂(SO₄)₃）、硝酸鋁（Al(NO₃)₃）；有機鋁鹽包括異丙醇鋁（Al(OC₃H₇)₃）、三仲丁醇鋁（ATSB）、正丁醇鋁（Al(OC₄H₉)₃）、乙酰丙酮鋁、乙酸鋁。