[發(fā)明專利]原位聚合堿溶法制備芳綸納米纖維的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910937344.8
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110592705B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)同;劉增偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): D01F6/60
• 分類號(hào): D01F6/60;C08G69/28;C08G69/32
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種原位聚合堿溶法制備芳綸納米纖維的方法，其包括：使包含對(duì)苯二胺、對(duì)苯二甲酰氯以及聚合溶劑的聚合反應(yīng)體系發(fā)生聚合反應(yīng)形成芳綸漿料；在空氣氣氛或保護(hù)性氣氛中，使包含芳綸漿料、堿以及堿溶溶劑的堿溶反應(yīng)體系于室溫～80℃條件下反應(yīng)4～100h，獲得芳綸納米纖維散液。本發(fā)明實(shí)施例提供的原位聚合堿溶法制備芳綸納米纖維的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的反應(yīng)時(shí)間耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、原材料昂貴、反應(yīng)濃度低、生產(chǎn)效率低下等問(wèn)題；由本發(fā)明提供的方法所獲得的芳綸納米纖維強(qiáng)度高、耐高溫性能優(yōu)異、穩(wěn)定性好，在復(fù)合材料、生物、醫(yī)藥、電子、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米纖維的制備方法，特別涉及一種原位聚合堿溶法制備芳綸納米纖維的方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

芳綸纖維(PPTA)是一種高強(qiáng)度、阻燃性能優(yōu)異、耐熱性能好以及化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)異高性能化學(xué)纖維，是國(guó)防、航空航天、石油化工等領(lǐng)域的重要材料。芳綸纖維內(nèi)部分子鏈間的π-π共軛形成的剛性鏈結(jié)構(gòu)、分子間氫鍵以及范德華作用力等賦予了芳綸纖維高強(qiáng)耐高溫的特性，但同樣也導(dǎo)致芳綸纖維表面活性基團(tuán)少，難以與其他材料復(fù)合，限制了其在復(fù)合材料、納米材料、生物醫(yī)藥材料等領(lǐng)域中的應(yīng)用。芳綸納米纖維是一種今年來(lái)興起的聚合物納米纖維材料。首先由美國(guó)Nicholas A.Kotov課題組教授提出的化學(xué)堿溶法(Yang M，Cao K，Sui L，et al.Dispersions of aramid nanofibers：a new nanoscale buildingblock[J].Acs Nano，2011，5(9)：6945-54.)，通過(guò)將芳綸纖維與KOH和二甲基亞砜混合后在室溫條件下連續(xù)攪拌7-10天，得到ANFs/DMSO分散液。這種納米纖維具有獨(dú)特的大長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)，并且具有芳綸材料的優(yōu)異力學(xué)性能與耐高溫性能；與芳綸纖維相比，芳綸納米纖維在復(fù)合材料、生物、醫(yī)藥、電子、能源等領(lǐng)域具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

但現(xiàn)有的芳綸制備方法是通過(guò)KOH/DMSO強(qiáng)堿體系破壞芳綸纖維分子鏈間的氫鍵作用，同時(shí)是酰胺鍵上的N-H鍵發(fā)生去質(zhì)子化，形成氮負(fù)離子，由此形成帶負(fù)電的分子鏈，使芳綸納米纖維在靜電斥力、π-π共軛形成的剛性鏈結(jié)構(gòu)、以及范德華作用力互相作用下分散；但是該方法耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)(180～300h)，原料昂貴(芳綸纖維)，并且所得纖維分散液濃度低，因此該方法僅僅具有實(shí)驗(yàn)室研究?jī)r(jià)值，幾乎不存在工業(yè)化生產(chǎn)與商品化價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種原位聚合堿溶法制備芳綸納米纖維的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。本發(fā)明提供的方法耗時(shí)短(4～100h)、原料廉價(jià)易得，所獲得的芳綸納米纖維分散液濃度高(最高可達(dá)20％)，可直接于現(xiàn)有芳綸制備生產(chǎn)線上改造連續(xù)生產(chǎn)，具有巨大的工業(yè)化與商品化潛力。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種原位聚合堿溶法制備芳綸納米纖維的方法，其包括：

使包含對(duì)苯二胺、對(duì)苯二甲酰氯以及聚合溶劑的第一混合體系發(fā)生聚合反應(yīng)形成所述的芳綸漿料；

在空氣氣氛或保護(hù)性氣氛中，使包含芳綸漿料、堿以及堿溶溶劑的堿溶反應(yīng)體系于室溫～80℃條件下反應(yīng)4～100h，獲得芳綸納米纖維散液。

進(jìn)一步的，所述芳綸漿料、堿與堿溶溶劑的用量比為0.5～20g∶0.5～10g∶100ml。

進(jìn)一步的，所述的堿包括有機(jī)堿和無(wú)機(jī)堿中的任意一種。

優(yōu)選的，所述無(wú)機(jī)堿包括氫氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

優(yōu)選的，所述有機(jī)堿包括含有金屬離子或不含金屬離子的有機(jī)堿。