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
技術領域：
本發(fā)明屬靜電紡納米纖維膜制備領域，特別是涉及一種利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈 /羥乙基纖維素納米纖維膜的方法。
技術背景靜電紡絲法是一種制備超細纖維的重要方法，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。當電場力足夠大時，聚合物液滴可克服表面張力形成噴射細流， 細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納米到超過lpm的超細纖維， 所得到的靜電紡絲纖維收集在負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 構增強添加劑等方面有著廣泛應用。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溶劑。HEC 與CMC、瓜爾膠等相比具有增稠效果好、懸砂強、耐熱好、容鹽量高管道阻力小、液體流 失少、破膠快、殘渣低等優(yōu)點，已被廣泛應用在石油開采、涂料、建筑、醫(yī)藥食品、紡織、 造紙以及高分子聚合反應等領域。 發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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-OH 的羥乙基纖維素，通過調整溶劑及相關紡絲條件參數(shù)，成功的實現(xiàn)了混紡，本方法快速、 簡便、廉價、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容器內，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 容器內，繼續(xù)攪拌20 30min至完全溶脹；(3) 將反應容器置于水浴振蕩器內，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，調節(jié)紡絲參數(shù)進行電紡，得聚 丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜；(5) 將收集到的膜進行系列干燥后備用。所述步驟(1)中的二甲基乙酰胺(DMAC)質量濃度為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易得，所制得的膜本身含有豐富的可反應親水功能 基團，具有應用其做后續(xù)相關實驗分析的潛力。


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系圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而 不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例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，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，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，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系見圖1。實施例2按照實施例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系見圖2。實施例3按照實施例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 直徑的關系見圖3。實施例4按照實施例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 紡絲直徑的關系見圖4。
權利要求
1.一種利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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容器內，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容器內，繼續(xù)攪拌20～30min至完全溶脹；(3)將反應容器置于水浴振蕩器內，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，調節(jié)紡絲參數(shù)進行電紡，得聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜；(5)將收集到的膜進行系列干燥后備用。
2. 根據(jù)權利要求1所述的利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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)質量濃度為98% 100%。
3. 根據(jù)權利要求1所述的利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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量濃 度是10~16%，羥乙基纖維素的濃度為0.6%。
4. 根據(jù)權利要求1所述的利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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，針頭內徑約為0.4 0.7mm。
5. 根據(jù)權利要求1所述的利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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)權利要求1所述的利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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)權利要求1所述的利用靜電紡技術混紡聚丙烯腈/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容器內，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容器內，繼續(xù)攪拌20～30min至完全溶脹；3)將反應容器置于水浴振蕩器內，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，調節(jié)紡絲參數(shù)進行電紡，得聚丙烯腈/羥乙基纖維素納米纖維膜；5)將收集到的膜進行系列干燥后備用。該方法快速、簡便、廉價、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