專利名稱：靜電紡混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬靜電紡納米纖維膜制備領(lǐng)域，特別是涉及一種利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈 /羥乙基纖維素納米纖維膜的方法。
技術(shù)背景靜電紡絲法是一種制備超細(xì)纖維的重要方法，它與傳統(tǒng)的方法有著明顯的不同，通過 靜電力作為牽引力，將聚合物溶液或熔體帶上幾千至幾萬伏高壓靜電，帶電的聚合物液滴 在電場力的作用下被拉伸。當(dāng)電場力足夠大時(shí)，聚合物液滴可克服表面張力形成噴射細(xì)流， 細(xì)流在噴射過程中溶劑蒸發(fā)或固化，最終落在接收裝置上，形成了類似無紡布狀的纖維氈。 用靜電紡絲法制得的纖維比傳統(tǒng)紡絲方法細(xì)得多，直徑一般在數(shù)十納米到數(shù)百納米，最小 直徑可至1 nm。靜電紡絲方法可以把50多種不同的聚合物，例如聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、 聚乙烯醇、聚苯胺、聚丙烯腈等紡制成直徑范圍從小于幾個(gè)納米到超過lpm的超細(xì)纖維， 所得到的靜電紡絲纖維收集在負(fù)極板上沉積成非織造布。靜電紡絲制備的腈綸納米纖維一 方面可以制備高性能的腈綸納米纖維，改善腈綸纖維的服用性能；另一方面聚丙烯腈纖維 是制備碳纖維的主要原料，將納米級聚丙烯腈纖維經(jīng)過預(yù)氧化及碳化處理等加工后可制成 納米級碳纖維，納米碳纖維在催化劑載體、電極材料、高效吸附劑、儲氫材料和聚合物結(jié) 構(gòu)增強(qiáng)添加劑等方面有著廣泛應(yīng)用。羥乙基纖維素(HEC)是一種水溶性非離子纖維素醚，其產(chǎn)量僅次于羧甲基纖維素鈉 (CMC)。其外觀為白色至淡黃色，是無毒、無味的纖維狀或粉末狀固體，易吸潮，不溶 于醇，溶于水、甲酸、甲醛、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等有機(jī)溶劑。HEC 與CMC、瓜爾膠等相比具有增稠效果好、懸砂強(qiáng)、耐熱好、容鹽量高管道阻力小、液體流 失少、破膠快、殘?jiān)偷葍?yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在石油開采、涂料、建筑、醫(yī)藥食品、紡織、 造紙以及高分子聚合反應(yīng)等領(lǐng)域。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素 納米纖維膜的方法，該方法以聚丙烯腈為主要紡絲材料，并摻入富含親水性功能基團(tuán)-OH 的羥乙基纖維素，通過調(diào)整溶劑及相關(guān)紡絲條件參數(shù)，成功的實(shí)現(xiàn)了混紡，本方法快速、 簡便、廉價(jià)、高效，而且可有效吸附木瓜蛋白酶，適合分析用聚丙烯腈(PAN)納米膜的批量制備及規(guī)模化生產(chǎn)。本發(fā)明的一種利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法，以聚丙 烯腈為主，混摻入親水性物質(zhì)羥乙基纖維素(HEC)的納米聚合物混紡纖維膜的制備方法， 具體包括下列步驟(1) 將體積比為6:1的二甲基乙酰胺(DMAC)和丙酮混合液放入反應(yīng)容器內(nèi)，于冰水 中冷卻；(2) 將聚丙烯腈(PAN)和羥乙基纖維素(HEC)粉末在攪拌條件下緩慢加入上述反應(yīng) 容器內(nèi)，繼續(xù)攪拌20 30min至完全溶脹；(3) 將反應(yīng)容器置于水浴振蕩器內(nèi)，在回流冷凝下，緩慢加熱至60 80 °C，振蕩15 30 h至完全溶解，得透明狀的PAN紡絲液；(4) 用注射器抽取PAN紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)進(jìn)行電紡，得聚 丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜；(5) 將收集到的膜進(jìn)行系列干燥后備用。所述步驟(1)中的二甲基乙酰胺(DMAC)質(zhì)量濃度為98% 100%。所述步驟(2)中的聚丙烯腈在二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的質(zhì)量濃度是10~16%，羥乙基纖維素的濃度為0.6%。所述步驟(4)中的注射器規(guī)格為5ml，針頭內(nèi)徑約為0.4~0.7mm。所述步驟(4)中的紡絲參數(shù)是噴出流速為0.5 3ml/h，靜電壓為12 20kv，接收屏采用鋁箔接地接收，針頭與接收屏的距離為10 25cm。所述步驟(4)中的聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的纖維直徑范圍為100~220nm,直徑隨著羥乙基纖維素的加入量增加而增大。所述步驟(5)中的系列干燥方法是先將紡出的膜室溫下干燥12h，然后放入烘箱中IO(TC干燥4~6h，最后放入真空干燥器中60 7(TC干燥12h。有益效果(1) 本發(fā)明方法操作簡單，耗時(shí)較少，可獲得直徑和孔徑在納米級的膜材料，適用 于規(guī)?；a(chǎn)；(2) 本發(fā)明所使用的原材料廉價(jià)易得，所制得的膜本身含有豐富的可反應(yīng)親水功能 基團(tuán)，具有應(yīng)用其做后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析的潛力。
圖1為固定靜電壓為12kv，接收距離為15cm，噴射流速為lml/h，所測的PAN濃度與紡 絲直徑的關(guān)系；圖2為固定PAN濃度為10wt%，靜電壓為12 kv，接收距離為15 cm，所測的噴射流速與 紡絲直徑的關(guān)系圖；圖3為固定PAN濃度為10wt%，接收距離為15 cm，噴射流速1 ml/h，所測的靜電壓與紡 絲直徑的關(guān)系圖；圖4為固定PAN濃度為10wt%，靜電壓為12kv，噴射流速1 ml/h，所測的接收距離與紡絲直徑的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而 不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例1(1) 將體積比為9:1的二甲基乙酰胺(DMAC)和丙酮混合液放入燒杯內(nèi)，于冰水中冷 卻；(2) 將聚丙烯腈(PAN)和羥乙基纖維素粉末在攪拌條件下緩慢加入上述燒杯內(nèi)，繼續(xù) 攪拌25 min至完全溶脹，其中，聚丙烯腈在N,N-二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的濃度采 用系列濃度，分別為10wt%、 12wt%、 14wt。/。和16wt。/c)，羥乙基纖維素在N，N-二甲基乙酰 胺和丙酮混合液中的濃度為0.6wt%;(3) 將燒杯置于水浴振蕩器內(nèi)，在回流冷凝下，緩慢加熱至70 °C，振蕩20 h至完全溶解，得PAN紡絲液；(4) 用5ml注射器(針頭內(nèi)徑為0.4~0.7mm)抽取PAN紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上， 固定靜電壓為12kv，接收距離為15cm，噴射流速為lml/h，進(jìn)行電紡，得聚丙烯腈/羥乙 基纖維素納米纖維膜；(5) 所述步驟(5)中的系列干燥方法是先將紡出的膜室溫下干燥12h，然后放入烘箱中 IO(TC干燥4~6h，最后放入真空干燥器中60 7(TC干燥12h。所測的PAN濃度與聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜紡絲直徑的關(guān)系見圖1。實(shí)施例2按照實(shí)施例1的方法，其中，PAN濃度變?yōu)?0wt%，靜電壓為12kv，接收距離為15cm，噴射流速分別為0.5ml/h、 1 ml/h、 1.5ml/h、 2.5 ml/h和3 ml/h，其它條件不變，測得 的噴射流速與紡絲直徑的關(guān)系見圖2。實(shí)施例3按照實(shí)施例l的方法，其中，PAN濃度變?yōu)?0wt%，接收距離為15cm，噴射流速為 1 ml/h，靜電壓分別為10kv、 15kv、 18kv和20kv，其它條件不變，測得的靜電壓與紡絲 直徑的關(guān)系見圖3。實(shí)施例4按照實(shí)施例1的方法，其中，PAN濃度變?yōu)?0wt。/。，靜電壓為12kv，噴射流速為1 ml/h， 接收距離分別為10cm、 14cm、 16cm、 18cm和20cm，其它條件不變，測得的接收距離與 紡絲直徑的關(guān)系見圖4。
權(quán)利要求
1.一種利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法，具體包括下列步驟(1)將體積比為6∶1的N，N-二甲基乙酰胺DMAC和丙酮混合液放入反應(yīng)容器內(nèi)，于冰水中冷卻；(2)將聚丙烯腈PAN和羥乙基纖維素HEC粉末在攪拌條件下緩慢加入上述反應(yīng)容器內(nèi)，繼續(xù)攪拌20～30min至完全溶脹；(3)將反應(yīng)容器置于水浴振蕩器內(nèi)，在回流冷凝下，緩慢加熱至60～80℃，振蕩15～30h至完全溶解，得PAN紡絲液；(4)用注射器抽取PAN紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)進(jìn)行電紡，得聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜；(5)將收集到的膜進(jìn)行系列干燥后備用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法， 其特征在于所述步驟(1)中的二甲基乙酰胺(DMAC)質(zhì)量濃度為98% 100%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法， 其特征在于所述步驟(2)中的聚丙烯腈在N，N-二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的質(zhì)量濃 度是10~16%，羥乙基纖維素的濃度為0.6%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法， 其特征在于所述步驟(4)中的注射器規(guī)格為5ml，針頭內(nèi)徑約為0.4 0.7mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法， 其特征在于所述步驟(4)中的紡絲參數(shù)是噴出流速為0.5 3ml/h，靜電壓為12 20kv， 接收屏采用鋁箔接地接收，針頭與接收屏的距離為10 25cm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法， 其特征在于所述步驟(4)中的聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的纖維直徑范圍為 100 220nm,直徑，隨著羥乙基纖維素的加入量增加而增大。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用靜電紡技術(shù)混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法， 其特征在于所述步驟(5)中的系列干燥方法是先將紡出的膜室溫下干燥12h，然后放入 烘箱中IO(TC干燥4~6h，最后放入真空干燥器中60 7(TC干燥12h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靜電紡混紡聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜的方法，包括1)將體積比為6∶1的N，N-二甲基乙酰胺和丙酮混合液放入反應(yīng)容器內(nèi)，于冰水中冷卻；2)將聚丙烯腈和羥乙基纖維素粉末在攪拌條件下緩慢加入上述反應(yīng)容器內(nèi)，繼續(xù)攪拌20～30min至完全溶脹；3)將反應(yīng)容器置于水浴振蕩器內(nèi)，在回流冷凝下，緩慢加熱至60～80℃，振蕩15～30h至完全溶解，得PAN紡絲液；4)用注射器抽取PAN紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)進(jìn)行電紡，得聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜；5)將收集到的膜進(jìn)行系列干燥后備用。該方法快速、簡便、廉價(jià)、高效，適合分析用PAN納米膜的批量制備。
文檔編號C08L1/26GK101270198SQ20081003749
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者張海濤, 朱利民, 聶華麗 申請人:東華大學(xué)