靜電紡聚丙烯腈納米纖維吸附碳納米管材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種靜電紡聚丙烯腈納米纖維吸附碳納米管材料及其制備方法。本發(fā)明以靜電紡制備得到的聚丙烯腈納米纖維為基體，將碳納米管均勻分散后，浸沒聚丙烯腈納米纖維，通過納米靜電吸附及微量的化學(xué)鍵合的作用，使碳納米管吸附于聚丙烯腈納米纖維表面，制備出聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，增強(qiáng)了聚丙烯腈納米纖維的強(qiáng)度，使原本不導(dǎo)電的聚丙烯腈納米纖維擁有了一定的導(dǎo)電性。本制備方法工藝簡單，操作方便，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備。
【專利說明】
靜電紡聚丙烯腈納米纖維吸附碳納米管材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米纖維改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種聚丙烯腈納米纖維吸附碳納米管材料及其制備的方法。
技術(shù)背景
[0002]聚丙烯腈(PAN)作為一種性能優(yōu)異的高分子材料，具有良好的耐候性和耐日曬性，同時(shí)還耐化學(xué)試劑，使其在各種復(fù)雜環(huán)境的使用得以實(shí)現(xiàn)，而靜電紡絲技術(shù)是一種制備納米級纖維的方法，所制備的PAN納米纖維的直徑可以達(dá)到100-200nm，且直徑分布較窄。納米纖維具有小尺寸效應(yīng)、表面或界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等；納米纖維還有極強(qiáng)的與其他物質(zhì)的互相滲透力，納米纖維制成的織物具有精細(xì)的織物結(jié)構(gòu)，極高的孔隙度，極好的柔韌性、吸附性、過濾性、粘合性和保溫性等，這些特殊的性能使得納米纖維在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]碳納米管(Carbon Nanotubes, CNTs)具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，良好的電學(xué)，光學(xué)，磁學(xué)性能，極大的長徑比，極強(qiáng)的力學(xué)性能等優(yōu)勢，是納米復(fù)合材料的理想載體，而由于CNTs長徑比大，表面能大，極容易發(fā)生團(tuán)聚，影響它在溶液或復(fù)合材料中的均勻分散；同時(shí)其表面完整光滑，懸掛鍵極少，很難與基體鍵合，因而復(fù)合材料達(dá)不到理想的性能。所以就要對碳納米管進(jìn)行改性，增加表面懸掛鍵，使其容易與基體鍵合。
[0004]PAN/CNTs納米雜化纖維(聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維)不僅具有PAN納米纖維的優(yōu)異性質(zhì)，而且兼具有CNTs的良好力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能，因而制備出PAN納米雜化纖維在纖維改性領(lǐng)域具有重要意義。常規(guī)的PAN/CNTs的復(fù)合方法是將CNTs溶于PAN的紡絲液中直接紡絲制得復(fù)合纖維，這樣制得的纖維內(nèi)部含有CNTs，使得纖維本體性質(zhì)受到了一定程度上的影響，且纖維表面過于光滑，一定程度上削弱了纖維制得的纖維膜過濾時(shí)對雜質(zhì)的攔截能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了制備出上述PAN/CNTs納米雜化纖維，本發(fā)明提供了一種PAN納米纖維吸附CNTs材料及其制備方法。
[0006]為了使PAN納米纖維具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)性能，而又不破壞纖維本身的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用高性能的碳納米管材料，制備了一種PAN/CNTs納米雜化纖維:所述的聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，以重量份數(shù)計(jì)，包括如下組分:
[0007]聚丙烯腈納米纖維100
[0008]多壁碳納米管(單壁納米管)0.01-5，優(yōu)選(0.01-2);
[0009]優(yōu)選的，所述的碳納米管可以是多壁碳納米管、單壁碳納米管以及其羥基化碳納米管或羧基化碳納米管，碳納米管的長徑比為50-30000: 10
[0010]優(yōu)選的，所述的碳納米管分散劑可以為乙醇、去離子水等，且比例為碳管/分散劑=0.05-lmg/ml。
[0011]優(yōu)選的，所述聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維中的碳納米管是存在于纖維表面的。
[0012]優(yōu)選的，所述聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維可以是立體網(wǎng)狀、纖維膜或纖維束。
[0013]本發(fā)明所述的聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維的制備方法包括按順序進(jìn)行的如下步驟:
[0014](I)將作為紡絲液溶質(zhì)的聚丙烯腈(5_10wt% )和溶劑N-N 二甲基甲酰胺(90-95wt% )混合，常溫?cái)嚢?-6h，得到紡絲液；
[0015](2)利用靜電紡絲設(shè)備進(jìn)行靜電紡絲，紡絲參數(shù)為:電壓為13_30kV，噴絲頭與接收板距離為15-25cm，紡絲液擠出速度為0.6-1.2ml/h，接收板外覆一層離型紙以接收納米纖維；
[0016](3)納米纖維浸于乙醇中數(shù)分鐘除去溶劑，然后充分干燥備用；
[0017](4)將分散質(zhì)碳納米管和分散劑混合，水浴超聲Ih ;
[0018](5)將上述分散液離心5-10分鐘，轉(zhuǎn)速為5000-10000r/min，取上層均勻液體備用；
[0019](6)將(3)所述納米纖維置于(5)所述液體中，水浴超聲l_2min，制得納米雜化纖維；
[0020](7)將上述納米雜化纖維置于乙醇中漂洗l_2min，取出置于離型紙上，放入干燥箱中干燥，即可得到聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維。
[0021]本發(fā)明提供了一種聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維及其制備方法。本方法以靜電紡制備得到的聚丙烯腈納米纖維為基體，將碳納米管均勻分散后，浸沒聚丙烯腈納米纖維，通過納米靜電吸附及微量的化學(xué)鍵合的作用，使碳納米管吸附于聚丙烯腈納米纖維表面，制備出聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，增強(qiáng)了聚丙烯腈納米纖維的強(qiáng)度，使原本不導(dǎo)電的聚丙烯腈納米纖維擁有了一定的導(dǎo)電性。本制備方法工藝簡單，操作方便，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)例:將紡絲液溶質(zhì)聚丙烯腈1.1g加入到溶劑N-N二甲基甲酰胺15ml中，磁力攪拌6h得到紡絲液；用注射器抽取紡絲液并利用靜電紡絲機(jī)紡制得到聚丙烯腈納米纖維膜，紡絲參數(shù)為+12.93kV，-2.lkV，噴絲頭與接收板距離為20cm，紡絲液擠出速度為1.2ml/h ;將纖維置于乙醇中處理2min后在真空干燥箱中干燥備用；
[0023](I)將1mg長徑比為100: I的羥基化多壁碳納米管與20ml無水乙醇混合，超聲分散Ih ;將分散液離心，轉(zhuǎn)速為8000r/min，取上層均勻分散液備用；將聚丙烯腈納米纖維置于上述分散液中，超聲2min，取出納米纖維膜后漂洗2min，然后置于真空干燥箱中干燥即可得到聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維。
[0024](2)將1mg長徑比為200: I的羧基化多壁碳納米管與20ml去離子水混合，超聲分散Ih ;將分散液離心，轉(zhuǎn)速為6000r/min，取上層均勻分散液備用；將聚丙烯腈納米纖維置于上述分散液中，超聲2min，取出納米纖維膜后漂洗2min，然后置于真空干燥箱中干燥即可得到聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維。
[0025](3)將5mg長徑比為2000: I的羥基化單壁碳納米管與20ml無水乙醇混合，超聲分散Ih ;將分散液離心，轉(zhuǎn)速為8000r/min，取上層均勻分散液備用；將聚丙烯腈納米纖維置于上述分散液中，超聲2min，取出納米纖維膜后漂洗2min，然后置于真空干燥箱中干燥即可得到聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維。
[0026]通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡可以觀察看出，純的聚丙烯腈納米纖維表面比較光滑，而聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維表面很粗糙，碳納米管已成功吸附于聚丙烯腈納米纖維表面，且形成一層緊密的碳管層，使得雜化納米纖維具有導(dǎo)電性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，其特征在于:所述的聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，以重量份數(shù)計(jì)，包括如下組分: 聚丙烯腈納米纖維100 碳納米管 0.01-5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，其特征在于:所述的碳納米管可以是多壁碳納米管、單壁碳納米管以及其羥基化碳納米管、羧基化碳納米管，碳納米管的長徑比為50-30000: 103.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維，其特征在于:所述的碳納米管分散劑可以為乙醇、去離子水，且比例為碳管/分散劑=0.05-lmg/mlo4.一種制備權(quán)利要求1所述聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維的方法，其特征在于:所述制備方法，包括按順序進(jìn)行的如下步驟: (1)將作為紡絲液溶質(zhì)的聚丙烯腈和溶劑N-N二甲基甲酰胺混合，常溫?cái)嚢?-6h，得到紡絲液； (2)利用靜電紡絲設(shè)備進(jìn)行靜電紡絲，紡絲參數(shù)為:電壓為13-30kV，噴絲頭與接收板距離為15-25cm，紡絲液擠出速度為0.6-1.2ml/h，接收板外覆一層離型紙以接收納米纖維； (3)納米纖維浸于乙醇中數(shù)分鐘除去溶劑，然后充分干燥備用； (4)將分散質(zhì)碳納米管和分散劑混合，水浴超聲Ih; (5)將上述分散液離心5-10分鐘，轉(zhuǎn)速為5000-10000r/min，取上層均勻液體備用； (6)將(3)所述納米纖維置于(5)所述液體中，水浴超聲l_2min，制得納米雜化纖維； (7)將上述納米雜化纖維置于乙醇中漂洗l_2min，取出置于離型紙上，放入干燥箱中干燥，即可得到聚丙烯腈吸附碳納米管納米雜化纖維。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述雜化纖維中碳納米管是存在于纖維表面的。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述納米雜化纖維的存在形態(tài)可以是立體網(wǎng)狀、纖維膜、纖維束。
【文檔編號】D06M11/74GK105887466SQ201410695790
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月25日
【發(fā)明人】王文, 王文一, 劉正鑫, 王金龍, 史菁元, 連偉濤
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)