[發(fā)明專利]一種可生產(chǎn)"毛毛蟲"狀多尺度氧化鋁纖維的靜電紡絲液

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• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110004519A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李磊;康衛(wèi)民;任慧如;周興海;劉雅琳;趙義俠;程博聞;孫曉斌;孫宜東
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01F1/10
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種可生產(chǎn)“毛毛蟲”狀多尺度氧化鋁纖維的靜電紡絲液，其特征在于由氯化鋁水溶液、硅溶膠、助紡劑和PTFE水乳液組成。其配制方法包括氧化鋁溶膠的調(diào)配和PTFE水乳液的分散。采用本發(fā)明紡絲液經(jīng)靜電紡絲和高溫煅燒后可得到具有“毛毛蟲”狀的多尺度納微米氧化鋁纖維，該材料是一種比表面積大、活性位點多以及吸附效果好的催化劑載體材料及基體增強材料；此外，該材料還可廣泛應(yīng)用在航空航天、保溫隔熱、高溫過濾等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種異形氧化鋁纖維的靜電紡絲液，具體涉及一種可生產(chǎn)“毛毛蟲”狀多尺度氧化鋁纖維的靜電紡絲液。

背景技術(shù)

氧化鋁纖維是一種高性能的無機纖維，其主要成分為三氧化二鋁(Al₂O₃)，并含有少量的SiO₂、MgO等成分。氧化鋁纖維具有超常的耐熱性、極低的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，在航空航天、高溫絕熱及催化劑載體等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。尤其是納微米級別的氧化鋁纖維，直徑的減小賦予纖維優(yōu)異的物理化學性能，從而受到研究者們的廣泛關(guān)注。

靜電紡絲是制備納微米氧化鋁纖維行之有效的方法之一，此方法的原理為首先以鋁的無機鹽或醇鹽為鋁源，同時加入硅源及有機酸等成分，經(jīng)醇解和聚合反應(yīng)制備得到具有特定粘度的溶膠凝膠紡絲液，然后將其置于高壓電場中形成紡絲細流，在電場力作用下紡絲細流發(fā)生鞭動和劈裂，經(jīng)溶劑的蒸發(fā)和高溫熱處理后得到納微米氧化鋁纖維。專利ZL200710150942.8介紹了一種納米氧化鋁纖維膜材料的制備方法，指出采用靜電紡絲技術(shù)可紡制出有機/無機鋁鹽納米纖維膜，經(jīng)高溫煅燒后可得到纖維直徑在50-200nm的氧化鋁纖維膜材料。

隨著納微米氧化鋁纖維的進一步發(fā)展，針對不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求，研究人員開始設(shè)計具有多孔、中空等異形結(jié)構(gòu)的納微米氧化鋁纖維，從而提升其性能。魏恒勇等人以無水氯化鋁為原料，聚乙烯吡咯烷酮為助紡劑，無水乙醇為溶劑，采用同軸靜電紡絲法制備出氧化鋁凝膠/PVP前驅(qū)體纖維，經(jīng)1200℃煅燒后得到仿“北極熊絨毛”狀多孔氧化鋁纖維[康劍，魏恒勇，崔燚，王鵬，卜景龍，李慧，李敏娜，季文玲.同軸靜電紡絲制備仿生多孔氧化鋁纖維研究[J].人工晶體學報，2016，45(10)：2493-2499]。專利CN 102776603A中介紹了一種通過靜電紡絲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(huán)境污染小，采用最簡單的靜電紡設(shè)備，只需經(jīng)過簡單的高溫處理就可得到中空納米陶瓷氧化鋁纖維。然而現(xiàn)有文獻和專利報道的異形結(jié)構(gòu)氧化鋁纖維大都以多孔、中空等單尺度異形結(jié)構(gòu)為主，對于具有“毛毛蟲”狀仿生結(jié)構(gòu)的多尺度納微米氧化鋁纖維的制備方法卻鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是提供一種靜電紡絲液，采用本發(fā)明紡絲液經(jīng)靜電紡絲和高溫煅燒后可得到具有“毛毛蟲”狀的多尺度納微米氧化鋁纖維，具體表現(xiàn)為由“骨架”結(jié)構(gòu)和“針刺”結(jié)構(gòu)組成。從而具有比表面積大、活性位點多以及吸附效果好等特性。本發(fā)明所制備的仿生結(jié)構(gòu)多尺度納微米氧化鋁纖維在催化劑載體、復(fù)合材料增強、航空航天、高溫過濾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明所述的一種可生產(chǎn)“毛毛蟲”狀多尺度氧化鋁纖維的靜電紡絲液，其特征在于：由氯化鋁水溶液、硅溶膠、助紡劑和PTFE水乳液組成。

所述的PTFE水乳液占紡絲液質(zhì)量百分比為18-22％，其中PTFE的濃度為16-20％。

所述的氯化鋁水溶液、硅溶膠和助紡劑占紡絲液質(zhì)量百分比分別為70-72％、2-3％和6-7％。

所述的助紡劑為PVA、PVP或PEO中的一種，優(yōu)選PVA。

本發(fā)明提供的一種可生產(chǎn)“毛毛蟲”狀多尺度氧化鋁纖維的靜電紡絲液，包括如下步驟：

(1)氧化鋁溶膠的調(diào)配：將一定量的結(jié)晶氯化鋁溶解于去離子水中，制備得到氯化鋁水溶液，隨后在攪拌條件下加入硅溶膠和PVA紡絲助劑，然后在60-75℃氛圍下濃縮；