一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，包括：（1）常溫下將正硅酸乙酯、超純水和磷酸混合，得到透明澄清的硅源溶液；（2）將聚乙烯醇溶于超純水中，在80～90℃下攪拌4～5h，得到聚乙烯醇溶液；（3）將上述硅源溶液與聚乙烯醇溶液混合，得到無色澄清紡絲液，靜置陳化后進行靜電紡絲，收集到一層均勻的白色纖維膜；（4）將上述白色纖維膜放入馬弗爐中，先升至500℃保溫2～4h；再升至800℃保溫2～3h，最后自然降溫即得柔性二氧化硅纖維膜。本發(fā)明的制備方法簡單，制得的二氧化硅纖維膜耐有機溶劑、耐腐蝕，高溫后具有較好的柔韌性，在催化劑負載及熒光薄膜領(lǐng)域具有潛在應用。
【專利說明】一種柔性ニ氧化硅纖維膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于ニ氧化硅納米材料領(lǐng)域，特別涉及一種柔性ニ氧化硅纖維膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ー維納米復合材料由于其特殊結(jié)構(gòu)而具有與體材料相異的光電、物理、化學性能，在傳感器、生物支架材料、光催化劑及載體材料、儲氫材料等領(lǐng)域有著極大的基礎(chǔ)研究價值和潛在的應用價值。
[0003]近年來采用靜電紡絲法結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)制備了多種ー維納米復合材料，孟躍中等將可溶質(zhì)子交換樹脂和非水溶性高分子聚合物分別溶解得到靜電紡絲溶液，通過靜電紡絲后改性將非水溶性高分子聚合物溶解，使其擴散并填補至纖維膜的空隙中，制得復合質(zhì)子交換膜的方法(中國專利《一種復合質(zhì)子交換膜及其制備方法》，申請?zhí)?201110393309.8)，其化學穩(wěn)定性好、質(zhì)子傳導率高且質(zhì)子傳導活化能低，制備エ藝簡單，制備成本低。
[0004]孫彬等人將聚こ烯比咯烷酮粉末與無水こ醇混合，然后摻加表皮生長因子，配置的前驅(qū)體溶液經(jīng)靜電紡絲在傷ロ處形成醫(yī)用敷料的方法(中國專利《一種靜電紡絲法制備微納米纖維薄膜的方法》，申請?zhí)?201210529585.7)，有利于傷ロ的愈合且環(huán)境友好。
[0005]與其它傳統(tǒng)的制備方法相比，靜電紡絲是ー種簡單高效制備微納米纖維的技木，其制得的微納米纖維薄膜通常是以無紡布形式存在，其所需設備簡單，成本較低，纖維產(chǎn)率高，比表面積大，適用于制備多種材料，因而被公認為ー種合成ー維納米復合材料簡單可行的方法。
[0006]與靜電紡有機纖維膜相比，純無機ニ氧化硅纖維膜耐有機溶剤，耐腐蝕，耐高溫；與其他無機纖維膜相比，ニ氧化硅纖維膜具有更好的柔韌性，透光性更好，在催化劑負載及熒光薄膜領(lǐng)域具有潛在應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種柔性ニ氧化硅纖維膜的制備方法，以解決普通纖維膜不耐高溫、不耐有機溶劑、高溫下柔韌性差等問題。
[0008]本發(fā)明的一種柔性ニ氧化硅纖維膜的制備方法，包括:
[0009](I)常溫下將正硅酸こ酷、超純水和磷酸混合，用磁力攪拌器強力攪拌4?6h，得到透明澄清的硅源溶液；
[0010](2)將聚こ烯醇溶于超純水中，在80?90°C下攪拌4?5h，得到聚こ烯醇溶液；
[0011](3)按照質(zhì)量比1:1?L 2將上述硅源溶液與聚こ烯醇溶液混合，磁力攪拌3?5h得到無色澄清紡絲液，靜置陳化后進行靜電紡絲，收集到一層均勻的白色纖維膜；
[0012](4)將上述白色纖維膜放入馬弗爐中，先以升溫速率I?2°C /min，升至500°C保溫2?4h ;再以升溫速率3?4°C /min，升至800°C保溫2?3h，最后自然降溫即得柔性ニ氧化硅纖維膜。
[0013]步驟(I)中所述的超純水、正硅酸四已酯和磷酸的質(zhì)量比為1:1?1.5:0.01，所述的硅源溶液中正硅酸乙酯的濃度為50?60wt%。
[0014]步驟(2)中所述的聚乙烯醇溶液的濃度為8?10wt%。
[0015]步驟(2)中所述的聚乙烯醇的聚合度為1700，醇解度為50%。
[0016]步驟(3)中所述的紡絲液中聚乙烯醇的濃度為4?5wt%，正硅酸乙酯的濃度為25 ?30wt%。
[0017]步驟(3)中所述的靜電紡絲中微量泵推速為0.4?0.6ml/h，直流電壓為15?17kV、注射器針頭到接收裝置的距離為14?16cm，靜電紡絲時間為8?12h。
[0018]有益效果:
[0019](I)本發(fā)明的制備方法簡便可行，可制備純無機連續(xù)纖維，設備和實驗成本低，纖維產(chǎn)率較高；
[0020](2)本發(fā)明制備的純無機納米二氧化硅薄膜具有良好的柔韌性，可以自由彎曲后恢復原狀；
[0021](3)本發(fā)明制得的純無機二氧化硅纖維膜具有很好的耐高溫性能，在高溫下仍具有很好的柔韌性，在催化劑負載及熒光薄膜領(lǐng)域具有潛在應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明靜電紡絲制得的纖維膜在800°C煅燒2h后的掃描電鏡圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的二氧化硅纖維膜的X射線衍射圖譜；
[0024]圖3為本發(fā)明的二氧化硅纖維膜形變示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)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(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，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0026]實施例1
[0027](I)常溫下，用分析天平稱取正硅酸乙酯、超純水、磷酸各10g、10g、0.lg，將正硅酸乙酯與超純水以1:1的比例混合，邊攪拌邊逐滴加入磷酸，磁力攪拌4h至獲得澄清透明硅源溶液；
[0028](2)將Ig聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度50%)溶于11.5g超純水中，在80°C油浴鍋中加熱攪拌5h，得到質(zhì)量分數(shù)為8%的聚乙烯醇溶液；
[0029](3)常溫下，用分析天平稱取硅源溶液和聚乙烯醇溶液各6g，磁力攪拌4h至獲得澄清透明紡絲液，靜置陳化40h ;用一次性針筒抽取上述紡絲液，靜電紡絲的條件為微量泵推速0.4ml/h、直流電壓15kV、一次性注射器針頭到接收裝置的距離14cm，經(jīng)12.5h靜電紡絲，在接收鋁箔上收集到一層均勻的白色纖維膜；
[0030](4)將上述白色纖維膜放入馬弗爐中，以升溫速率l°C/min，升至500°C保溫2h ;再以升溫速率3°C /min，升至800°C保溫2h，最后自然降溫得柔韌性純無機二氧化硅纖維膜。[0031]圖1為靜電紡絲制得的纖維膜在800°C煅燒2h后的掃描電鏡圖，可見纖維直徑分布均勻。圖2為二氧化硅纖維膜的X射線衍射圖譜，可見熱處理后為Si02的非晶相。圖3為二氧化硅纖維膜形變示意圖，可見其具有較好的柔韌性。
[0032]實施例2
[0033](I)常溫下，用分析天平稱取正硅酸乙酯、超純水、磷酸各10g、12g、0.lg，將正硅酸乙酯與超純水以1: 1.2的比例混合，邊攪拌邊逐滴加入磷酸，磁力攪拌5h至獲得澄清透明硅源溶液；
[0034](2)將Ig聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度50%)溶于10.1g超純水中，在85°C油浴鍋中加熱攪拌4.5h，得到質(zhì)量分數(shù)為9%的聚乙烯醇溶液；
[0035](3)常溫下，用分析天平稱取硅源溶液和聚乙烯醇溶液各6g、6.6g，磁力攪拌4h至獲得澄清透明紡絲液，靜置陳化40h ;用一次性針筒抽取5ml上述紡絲液，靜電紡絲的條件為微量泵推速0.5ml/h、直流電壓16kV、一次性注射器針頭到接收裝置的距離15cm，經(jīng)IOh靜電紡絲，在接收鋁箔上收集到一層均勻的白色纖維膜；
[0036](4)將上述白色纖維膜放入馬弗爐中，以升溫速率l°C/min，升至500°C保溫3h ;再以升溫速率3°C /min，升至800°C保溫2h，最后自然降溫得柔韌性純無機二氧化硅纖維膜。
[0037]實施例3
[0038](I)常溫下，用分析天平稱取正硅酸乙酯、超純水、磷酸各10g、15g、0.lg，將正硅酸乙酯與超純水以1: 1.5的比例混合，邊攪拌邊逐滴加入磷酸，磁力攪拌6h至獲得澄清透明硅源溶液；
[0039](2)將Ig聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度50%)溶于9g超純水中，在90°C油浴鍋中加熱攪拌4h，得到質(zhì)量分數(shù)為10%的聚乙烯醇溶液；
[0040](3)常溫下，用分析天平稱取硅源溶液和聚乙烯醇溶液各6g、7.2g，磁力攪拌5h至獲得澄清透明紡絲液，靜置陳化40h ;用一次性針筒抽取5ml上述紡絲液，靜電紡絲的條件為微量泵推速0.6ml/h、直流電壓17kV、一次性注射器針頭到接收裝置的距離16cm，經(jīng)8.3h靜電紡絲，在接收鋁箔上收集到一層均勻的白色纖維膜；
[0041](4)將上述白色纖維膜放入馬弗爐中，以升溫速率l°C/min，升至500°C保溫4h ;再以升溫速率3°C /min，升至800°C保溫2h，最后自然降溫得柔韌性純無機二氧化硅纖維膜。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，包括: (1)常溫下將正硅酸乙酯、超純水和磷酸混合，用磁力攪拌器強力攪拌4?6h，得到透明澄清的硅源溶液； (2)將聚乙烯醇溶于超純水中，在80?90°C下攪拌4?5h，得到聚乙烯醇溶液； (3)按照質(zhì)量比1:1?1.2將上述硅源溶液與聚乙烯醇溶液混合，磁力攪拌3?5h得到無色澄清紡絲液，靜置陳化后進行靜電紡絲，收集到一層均勻的白色纖維膜； (4)將上述白色纖維膜放入馬弗爐中，先以升溫速率I?2°C/min,升至500°C保溫2?4h ;再以升溫速率3?4°C /min,升至800°C保溫2?3h，最后自然降溫即得柔性二氧化硅纖維膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的超純水、正硅酸四已酯和磷酸的質(zhì)量比為1:1?1.5:0.01，所述的硅源溶液中正硅酸乙酯的濃度為50?60wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的聚乙烯醇溶液的濃度為8?10wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的聚乙烯醇的聚合度為1700，醇解度為50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述的紡絲液中聚乙烯醇的濃度為4?5wt%，正硅酸乙酯的濃度為25?30wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性二氧化硅纖維膜的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述的靜電紡絲中微量泵推速為0.4?0.6ml/h，直流電壓為15?17kV、注射器針頭到接收裝置的距離為14?16cm，靜電紡絲時間為8?12h。
【文檔編號】D04H1/4209GK103603136SQ201310557324
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】王宏志, 張書嫻, 李耀剛, 張青紅 申請人:東華大學