[發明專利]一種基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201811496271.5
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109629032B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 鄧聲威;王建國
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: D01F6/56
• 分類號: D01F6/56;D01F6/48;D01F6/46;D01F6/92;D01F1/10
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明屬于靜電紡絲技術領域，具體涉及基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法，它首先以合成的四角錐狀氧化鋅納米顆粒為原料，采用偶聯劑對納米顆粒進行改性制得表面改性的氧化鋅納米支化顆粒，然后將表面改性的氧化鋅納米支化顆粒、聚合物在有機溶劑中充分混合得到靜電紡絲液，最后通過靜電紡絲得到高拉伸模量的納米復合纖維。本發明通過采用靜電紡絲方法制備高拉伸模量納米纖維，其操作容易、生產工藝簡單、對設備要求低，得到的納米復合纖維僅提升原有聚合物纖維的力學行為而對其他特性影響較小，纖維比表面積大，拉伸模量高，易于工業化。

技術領域

本發明屬于靜電紡絲技術領域，具體涉及一種基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法。

背景技術

靜電紡絲是一種高效制備聚合物納米復合纖維或者纖維氈材料的方法，利用該技術制備的功能材料已廣泛應用在生物醫用材料，電子器件等多個領域。靜電紡絲纖維直徑大約在0.05~2微米之間，較小的直徑通常導致力學拉伸模量不高從而限制其應用。對靜電紡絲纖維進行力學改性的常見方法包括制備出極細纖維（當直徑小于一定尺寸時，如100nm，楊氏模數的增長與直徑的減小成反比），與拉伸模量更大的聚合物或者無機粒子進行復合等。其中制備極細纖維對材料、設備及工藝要求較高，普適性不佳，而將聚合物與無機粒子復合的紡絲策略因為操作簡單、增強效果明顯，目前被廣泛采用，該過程可以實現兩種物質的優質互補，從而極大地提升材料性能，特別是力學性質。目前，在聚合物納米復合纖維的靜電紡絲制備過程中通常采用各種材料的球形納米顆粒，納米棒，納米管，納米片等，然而這些顆粒的容易團聚，影響其在溶劑或聚合物基體中的分散和排列，從而導致最終力學增強效果有限。此外，也有相關的研究對納米顆粒進行表面改性后再加入聚合物體系，促進顆粒的分散并增強其與聚合物之間的界面結合力。為了達到目標的增強效果，采用該方法制備的聚合物納米復合纖維仍然存在填充量過高的問題，且對納米顆粒的處理要求較高。而三維支化（如四角錐）的納米顆粒由于空間分散上的自身優勢將在增強聚合物納米復合纖維領域顯示出很大的潛力。

發明內容

針對上述現有技術不足，本發明目的在于提供一種操作容易、對設備要求低、在較低的添加量情況下即可得到基于靜電紡絲的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法。

一種基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

1）配置電紡絲溶液：將偶聯劑溶于水-乙醇混合溶液中，室溫下超聲分散1-3h后加入四角錐狀氧化鋅納米顆粒，加熱攪拌0.5-4h后過濾，濾渣用去離子水洗滌，真空烘干后即得改性后的納米氧化鋅顆粒；將聚合物分散在有機溶劑中，配制形成聚合物溶液，將上述制備得到的改性后的納米氧化鋅顆粒加入到所述聚合物溶液中，充分攪拌后得到電紡絲溶液；

2）制備高拉伸模量纖維：將步驟1）所得電紡絲溶液裝入到注射器中，然后在0.01-0.04mL/min的推進速度下紡絲，正電壓設定為10-30KV，紡絲得到的纖維收集在旋轉的金屬滾筒或薄片上，即制得所述高拉伸模量聚合物納米復合纖維。

所述的一種基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法，其特征在于步驟1）中，聚合物為聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚酰亞胺、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈或聚丙烯。

所述的一種基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法，其特征在于步驟1）中，所述偶聯劑為硅烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑；

硅烷偶聯劑為γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；

鈦酸酯偶聯劑為焦磷酸酯鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯或異丙基三(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯。

所述的一種基于靜電紡絲技術的高拉伸模量聚合物納米復合纖維的制備方法，其特征在于步驟1）中，四角錐狀氧化鋅納米顆粒的平均臂直徑控制在50nm以內，平均臂長控制在100nm以內。