[發明專利]一種柔性氧化鐵納米纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410369858.5
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104153125B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 丁彬;司銀松;單浩如;崔福海;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/4209;D06C7/00
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明屬新材料技術領域，涉及一種柔性氧化鐵納米纖維膜及其制備方法，特別是涉及一種具有互穿三維網狀結構分子鏈的前驅體溶液作為紡絲液的柔性氧化鐵纖維膜及其制備方法。

背景技術

氧化鐵納米纖維材料作為納米纖維材料中的一類重要氧化物，由于其化學性質穩定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和對紫外線的屏蔽性，在精細陶瓷、塑料制品、涂料、催化劑、磁性材料以及醫學和生物工程等方面有著廣泛的應用價值和前景。氧化鐵納米纖維材料的制備方法主要包括沉淀法、固液氣相法、水熱法、溶膠凝膠法、共混包埋法、單體聚合法等，這些方法制備的氧化鐵纖維多由氧化鐵微顆粒組成，纖維因脆性大無法單獨使用，需制成纖維織物、纖維氈等制品使用，這大大限制了其實際應用。近年興起的靜電紡絲技術以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質種類繁多、工藝可控等優點，已成為有效制備納米纖維材料的主要技術之一，其制備的纖維材料具有纖維膜孔徑小、纖維直徑小、纖維直徑均勻等特點而被廣泛使用，利用靜電紡絲技術現已制備了50多種無機氧化物納米纖維膜。然而目前制備的無機氧化物納米纖維膜普遍存在脆性大的問題，因而限制了其實際應用。

Journal?of?Colloid?and?Interface?Science355(2011)328-333報道了利用靜電紡絲技術制備多孔結構的Fe₂O₃/TiO₂納米纖維，這種方法不加聚合物而加入表面活性劑，通過老化來提高前驅體溶液的可紡性，并最終得到了多孔陶瓷納米纖維，然而這種方法制備得到的纖維由于存在直徑均勻性差、連續性較差、單纖維缺陷等問題使得纖維易脆裂，無法獲得柔性的陶瓷納米纖維。Chemistry-An?Asian?Journal(2013)2453–2458報道了利用靜電紡絲技術制備氧化鐵納米纖維，文中通過加入金屬鹽、表面活性劑與聚合物制備了前驅體溶液，文中所述纖維狀氧化鐵由顆粒組成，且雜化纖維中無機組分含量偏低，導致無機纖維產率極低，通過這種方法制備得到的纖維由于存在直徑均勻性差、連續性差、單纖維缺陷等問題使纖維脆裂，無法獲得柔性的氧化鐵纖維。Journal?of?materials?chemistry(2012)1844-1847報道了利用溶膠凝膠技術制備連續的中空α-Fe₂O₃和α-Fe纖維，文中通過直接對氧化鐵溶膠進行熱處理，最終得到中空α-Fe₂O₃和α-Fe纖維，這種方法雖不加聚合物且無機組分含量較高，然而通過這種方法制備得到的纖維存在連續性差、單纖維缺陷多等問題，無法獲得柔性的氧化鐵纖維。

發明內容

本發明的目的是提供柔性無機纖維材料及其制備方法，特別是提供一種具有互穿三維網狀結構分子鏈的前驅體溶液作為紡絲液的柔性無機纖維材料的制備方法，具體地說是柔性氧化鐵納米纖維膜及其制備方法。

本發明的一種柔性氧化鐵納米纖維膜的制備方法，具體步驟為：

第一步：

1)將至少一種鐵鹽及一種非鐵金屬鹽加入到對應的溶劑中，使鐵鹽、非鐵金屬鹽與溶劑間在攪拌過程中發生水解縮聚反應或螯合作用形成具有三維網狀結構的分子鏈；加入一種非鐵金屬鹽的目的是通過離子摻雜在煅燒過程中抑制晶粒生長，使產生的晶體缺陷較少；

2)攪拌10-60min后加入偶聯劑，偶聯劑上有兩種基團，包括親無機分子的基團和親有機分子的基團，此時偶聯劑上的親無機分子基團在溶液中通過發生部分水解反應形成羥基，之后再與上述三維網狀結構分子鏈上的部分羥基發生縮合反應，使偶聯劑與三維網狀結構的分子鏈以共價鍵相連接；

3)再持續攪拌5-30min后加入表面活性劑，此時偶聯劑上的親有機分子基團與表面活性劑上的親水基團通過發生化學反應或產生氫鍵作用而相連接；

4)隨著偶聯劑水解程度的增加，偶聯劑上的羥基繼續與上述三維網狀結構分子鏈上的羥基發生縮合反應，同時偶聯劑上的親有機分子基團與表面活性劑上的親水基團繼續發生化學反應或形成氫鍵，表面活性劑上的憎水基團通過氫鍵定向排列，三維網狀結構分子鏈不斷的穿插纏結，并在三維網狀結構-偶聯劑-表面活性劑中的分子鏈間產生“橋聯”，從而形成了互穿的三維網狀結構，使前驅體溶液的粘度增大、可紡性增強。