[發(fā)明專利]一種靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜及其制備方法

在審

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• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN104911901A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李從舉
• 申請（專利權(quán)）人: 引領(lǐng)科技無錫有限公司
• 主分類號(hào): D06M11/79
• 分類號(hào): D06M11/79;D06M15/05;D06M13/513;D06M101/32;D06M101/22;D06M101/28;D06M101/38;D06M101/30
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)

氣凝膠，又稱為干凝膠，最初由Kistler教授在20世紀(jì)30年代制得，它是一種用氣體代替凝膠中的液體、而本質(zhì)上不改變凝膠本身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或體積的特殊凝膠，即水凝膠或有機(jī)凝膠干燥后的產(chǎn)物。由于氣凝膠材料具有高孔隙率、高比表面積的特性，且作為氣凝膠材料的分散介質(zhì)空氣，是目前被認(rèn)為導(dǎo)熱系數(shù)最低的物質(zhì)。因此，氣凝膠尤其是SiO₂氣凝膠具有“超薄保暖之王”的稱號(hào)，并已運(yùn)用到實(shí)際的各個(gè)領(lǐng)域中。例如，美國阿斯彭公司與加拿大Element21公司合作，研發(fā)出了一種可運(yùn)用于服裝的凝膠纖維，命名為“Zeroloft”(零夾層)。該凝膠纖維無需像羽絨服那樣填充夾層，便可達(dá)到保持人體熱量的效果。又如Champion公司生產(chǎn)的氣凝膠防風(fēng)衣，這種厚度僅為0.3厘米的防風(fēng)衣的保暖性能和4厘米厚的羽絨服一樣優(yōu)異。于此同時(shí)，其他運(yùn)動(dòng)服飾廠商，如哥倫比亞(Columbia)、阿迪達(dá)斯(Adidas)和Nike(耐克)等，也正在試驗(yàn)將“零夾層”用于手套和鞋類用品。

另一方面，隨著靜電紡技術(shù)的迅速發(fā)展，納米纖維已廣泛被用于過濾、生物工程、傳感器、電極材料等領(lǐng)域。近些年來，利用靜電紡納米纖維膜的小孔徑、高孔隙率和高透濕性的特點(diǎn)，可有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)防水透濕和阻擋細(xì)菌的功能，因而越來越多地被應(yīng)用于紡織品的研發(fā)，例如抗紫外服、防紅外服、抗菌服等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于將氣凝膠和納米纖維相結(jié)合，制備出集防水透濕和超薄保暖功能于一體的靜電紡／氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。

本發(fā)明提供了一種靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)基于靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維膜；

(2)將納米纖維膜浸潤于濕凝膠溶液中，并使?jié)衲z均勻分布于納米纖維膜中；

(3)對納米纖維膜進(jìn)行干燥處理，得到靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，對納米纖維膜進(jìn)行干燥處理之前，還包括：

對所述納米纖維膜進(jìn)行改性和／或預(yù)處理的步驟。

進(jìn)一步地，所述復(fù)合納米纖維膜具有如下兩種典型結(jié)構(gòu)：

核／殼結(jié)構(gòu)：以靜電紡納米纖維膜為核，以氣凝膠為殼；

交錯(cuò)結(jié)構(gòu)：以靜電紡納米纖維膜與氣凝膠相互交錯(cuò)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述納米纖維膜是采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、聚氨酯(PU)，或者聚醚砜(PES)制備得到。

進(jìn)一步地，所述納米纖維膜的纖維直徑為100～1000nm。

進(jìn)一步地，所述濕凝膠為SiO₂濕凝膠，所述干燥處理采用常壓干燥方式；所述改性和／或預(yù)處理的步驟，包括：

溶劑交換，將納米纖維膜在乙醇水溶液中浸漬1～3h；

表面改性，將納米纖維膜浸泡在TMCS(三甲基硅烷)／HMDSO(六甲基二硅醚)溶液中對其進(jìn)行改性處理。

進(jìn)一步地，所述濕凝膠為纖維素濕凝膠，所述干燥處理采用超臨界CO₂干燥法，所述改性和／或預(yù)處理的步驟，包括：

真空脫泡：將浸潤完的納米纖維膜在40～70℃下真空脫泡；

凝固：待脫泡完全后，用去離子水作為凝固浴使納米纖維膜進(jìn)行凝固再生；

去離子水清洗：用大量去離子水對納米線帷幕進(jìn)行反復(fù)洗滌，直至用AgNO3溶液對浸泡液檢驗(yàn)無沉淀為止；

溶劑交換：將納米纖維膜浸泡于無水丙酮中，進(jìn)行溶劑交換15～40min。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，制備溫度范圍在200℃以下。

此外，本發(fā)明還提供了了一種采用上述的方法制備得到的靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。

本發(fā)明提出一種將靜電紡技術(shù)和氣凝膠制備技術(shù)相結(jié)合，制備靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜的方法，及該靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。本發(fā)明基于靜電紡技術(shù)制備出納米纖維膜，將濕凝膠液浸潤入納米纖維膜中，并通過脫水／防水化處理，制備出以靜電紡納米纖維為支撐框架，以氣凝膠作為功能層并粘附于納米纖維的新型氣凝膠／靜電紡復(fù)合納米纖維膜。該復(fù)合納米纖維膜同時(shí)具備防水透濕和超薄保暖功能，在新型服裝的研發(fā)中具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說明

下面將參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中：

圖1為本發(fā)明的制備方法的主要步驟示意圖；