專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬靜電紡絲用前軀體溶液的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化鋁納米纖維靜 電紡絲用的前軀體溶液的制備方法。
背景技術(shù)：
靜電紡絲是生產(chǎn)納米氧化鋁纖維的一種簡(jiǎn)單方便的新型方法。這種方法最關(guān)鍵 的環(huán)節(jié)是前軀體溶液的制備，而其制備過(guò)程使用到了溶膠_凝膠法，即具體生產(chǎn)工程為首 先，分別選擇氧化鋁前軀體和聚合物及合適的溶劑，制成均一的混合溶液；然后，通過(guò)氧化 鋁前軀體的水解和凝膠化，形成溶膠_凝膠體系；接著，在合適的靜電紡絲條件下進(jìn)行紡 絲，得到初生纖維；最后，在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)條件下處理初生纖維，將聚合物和其它雜質(zhì)去除，就 得到了高純的α相氧化鋁纖維。目前，應(yīng)用于靜電紡絲法制備氧化鋁纖維的體系并不多，而且在制備過(guò)程中以及 所得產(chǎn)物上都存在一定的問(wèn)題。P. K. Panda和S. Ramakrishna[1]分別使用了 PVA/硝酸鋁， PVA/醋酸鋁和PEO/硝酸鋁作為紡絲前軀體溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硝酸鋁前驅(qū)體由于硝酸離子的 存在得到的纖維會(huì)具有很強(qiáng)的吸濕性，而它們的收集也會(huì)因?yàn)閺?qiáng)烈的排斥力而變得相當(dāng)?shù)?困難，并得出結(jié)論P(yáng)VA/醋酸鋁溶液是靜電紡的理想選擇，但是最終燒結(jié)得到的氧化鋁纖維 破碎的程度很大，連續(xù)性不是很好。R. W. Tuttle et al[2]使用PVP和醋酸鋁的水/乙醇溶 液進(jìn)行靜電紡絲，經(jīng)過(guò)燒結(jié)后得到了氧化鋁纖維，從SEM圖中清晰地觀(guān)察到纖維的破碎程 度也很大，連續(xù)性很差。Abdul-Majeed Azad[3]將乙酰丙酮鋁溶于適量丙酮中作為鋁的前軀體溶液，并以 適當(dāng)比例與PVP的乙醇溶液混合制備紡絲液，通過(guò)靜電紡絲的方法得到了具有均一直徑和 高寬比率的納米纖維，并在燒結(jié)后得到了連續(xù)透明的氧化鋁纖維。本實(shí)驗(yàn)中使用的前軀體 由于水解速度適中，不失為氧化鋁的一種良好的前軀體，但是很重要的一點(diǎn)是乙酰丙酮鋁 在丙酮中的溶解度非常小，所以會(huì)使得混合初生纖維中鋁的含量過(guò)低，無(wú)法保證氧化鋁的 成纖性和強(qiáng)度，而且實(shí)驗(yàn)重復(fù)性會(huì)很差。因此，找到一種適合于乙酰丙酮鋁的溶劑和聚合物 體系，可以有效地解決上述問(wèn)題。[1]P. K. Panda, S. Ramakrishna. Electrospinning of alumina nanofibers using different precursors. J Mater Sci，2007，42 :2189_2193.[2]R. W. Tuttle, A. Chowdury, Ε. T. Bender, et al. Electrospun ceramic fibers Composition，structureand the fate of precursors. Applied surface science，2008， 254 :4925-4929.[3] Abdul-Majeed Azad. Fabrication of transparent alumina (Al2O3) nanofibers byelectrospinning. Materials Science and Engineering，2006，A435—436 : 468-473.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶 液的制備方法，該前軀體溶液保證靜電紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行，提高鋁在體系中的含量。本發(fā)明的一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶液的制備方法，包括將聚合物溶于溶劑中，加熱攪拌，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8% -15%的均一聚合物溶液； 然后將乙酰丙酮鋁以相對(duì)于聚合物質(zhì)量的0. 1-3倍加入所述聚合物溶液中，并充分?jǐn)嚢瑁?使其溶解于溶劑中形成均相，即得前軀體溶液。所述的聚合物為聚丙烯腈、聚氨酯等。所述的溶劑為DMF、DMAc等。本發(fā)明的前驅(qū)體溶液，可用于靜電紡絲，包括如下步驟(1)取上述前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至5_20ml的注射器中，其中不銹鋼針頭內(nèi)徑可依具體 要求選擇，電壓為8-25KV，推進(jìn)速率為0. 05ml/min-3ml/min,接收距離為5-25cm，另外，濕 度應(yīng)控制在35% -65%之間，濕度太大會(huì)影響紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行；(2)將步驟(1)制備的初生纖維其暴露于空氣中24-48小時(shí)，使其充分凝膠化；然 后進(jìn)行燒結(jié)處理，煅燒溫度為1200-1500°C ；其中升溫階段在300-500°C保溫0. 5_2h，于煅 燒溫度下保溫0. 5-2h，然后空氣浴中自然冷卻，即得高純的氧化鋁納米纖維。所述步驟(1)可使用圓盤(pán)、滾筒、平行板或金屬網(wǎng)作為負(fù)極接收器。所述步驟(1)紡絲的氛圍可選擇空氣浴或溶劑浴。所述步驟(3)升溫速率為1-10°C /min。有益效果采用本發(fā)明的前軀體溶液體系，不僅可以保證靜電紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行，而且可 以大大提高鋁在體系中的含量，進(jìn)而保證初生纖維在燒結(jié)處理中的成纖性和連續(xù)性，有效 增強(qiáng)氧化鋁纖維的強(qiáng)度。在此體系中，乙酰丙酮鋁在溶液中質(zhì)量百分?jǐn)?shù)可達(dá)到15%，更重要 的是相比于之前的研究其重復(fù)性大大增強(qiáng)。由上所述，本發(fā)明的前軀體溶液體系對(duì)于氧化 鋁納米纖維的制備與生產(chǎn)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面結(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(shuō)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。實(shí)施例1稱(chēng)取乙酰丙酮鋁0. 83g，將其溶解于15gDMF中，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?；然后稱(chēng)取 PAN1. 67g，將其溶解于上述溶液中，并在50°C下進(jìn)行加熱攪拌，使整個(gè)體系達(dá)到均一，透明。然后將得到的前軀體溶液進(jìn)行進(jìn)行靜電紡絲溫度為20°C，濕度為50%，設(shè)置的 輸出電壓為18KV，推進(jìn)泵的推進(jìn)速度為30μ L/min，接收距離為12cm。將得到的初生纖維在 空氣中暴露24小時(shí)，以使其充分凝膠化。最后，將上述的得到的初生纖維在合適的條件下進(jìn)行燒結(jié)處理燒結(jié)氣氛為空氣， 升溫速率為5°C /min，煅燒溫度為1400°C;升溫階段首先在500°C保溫lh，然后再于1400°C保溫lh，之后自然降溫。燒結(jié)過(guò)后氧化鋁纖維保持了纖維結(jié)構(gòu)，直徑大大減小，SEM結(jié)果顯示氧化鋁纖維的 連續(xù)性較好。實(shí)施例2稱(chēng)取乙酰丙酮鋁1. 67g，將其溶解于15gDMAc中，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?；然后稱(chēng)取 PAN1. 67g，將其溶解于上述溶液中，并在50°C下進(jìn)行加熱攪拌，使整個(gè)體系達(dá)到均一，透明。然后將得到的前軀體溶液進(jìn)行進(jìn)行靜電紡絲溫度為25°C，濕度為42%，設(shè)置的 輸出電壓為18KV，推進(jìn)泵的推進(jìn)速度為30μ L/min，接收距離為12cm。將得到的初生纖維在 空氣中暴露24小時(shí)，以使其充分凝膠化。最后，將上述的得到的初生纖維在合適的條件下進(jìn)行燒結(jié)處理燒結(jié)氣氛為空氣， 升溫速率為5°C /min，煅燒溫度為1400°C;升溫階段首先在500°C保溫lh，然后再于1400°C 保溫lh，之后自然降溫。燒結(jié)過(guò)后氧化鋁纖維仍較好的保持了纖維結(jié)構(gòu)，且直徑大大減小，SEM結(jié)果顯示氧 化鋁纖維的連續(xù)性很好。實(shí)施例3稱(chēng)取乙酰丙酮鋁0. 83g，將其溶解于15gDMF中，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?；然后稱(chēng)取 PUl. 67g，將其溶解于上述溶液中，并在70°C下進(jìn)行加熱攪拌，使整個(gè)體系達(dá)到均一，透明。然后將得到的前軀體溶液進(jìn)行進(jìn)行靜電紡絲溫度為27°C，濕度為56%，設(shè)置的 輸出電壓為18KV，推進(jìn)泵的推進(jìn)速度為20 μ L/min，接收距離為15cm。將得到的初生纖維在 空氣中暴露24小時(shí)，以使其充分凝膠化。最后，將上述的得到的初生纖維在合適的條件下進(jìn)行燒結(jié)處理燒結(jié)氣氛為空氣， 升溫速率為5°C /min，煅燒溫度為1300°C;升溫階段首先在500°C保溫lh，然后再于1300°C 保溫lh，之后自然降溫。燒結(jié)過(guò)后氧化鋁纖維仍較好的保持了纖維結(jié)構(gòu)，且直徑大大減小，SEM結(jié)果顯示氧 化鋁纖維的連續(xù)性較好。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶液的制備方法，包括將聚合物溶于溶劑中，加熱攪拌，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8% -15%的均一聚合物溶液；然后 將乙酰丙酮鋁以相對(duì)于聚合物質(zhì)量的0. 1-3倍加入所述聚合物溶液中，并充分?jǐn)嚢瑁纬?均相，即得前軀體溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶液的制備方法， 其特征在于所述的聚合物為聚丙烯腈或聚氨酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶液的制備方法， 其特征在于所述的溶劑為DMF或DMAc。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋁納米纖維靜電紡絲用的前軀體溶液的制備方法，包括將聚合物溶于溶劑中，加熱攪拌，制成均一聚合物溶液；然后將乙酰丙酮鋁加入所述聚合物溶液中，并充分?jǐn)嚢瑁纬删?，即得前軀體溶液。本發(fā)明的前軀體溶液保證靜電紡絲過(guò)程的順利進(jìn)行，提高鋁在體系中的含量。
文檔編號(hào)D01D1/02GK102002761SQ20101054912
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者俞昊, 朱樹(shù)琦, 朱美芳, 郭建, 鐘興發(fā), 陳彥模 申請(qǐng)人:東華大學(xué)