一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球及其制備方法，具體涉及到一種用旋轉(zhuǎn)氣泡紡絲方法制備出來(lái)的以二氧化鋯(Zr02)納米顆粒為添加物的聚醚砜(PES)耐高溫納米多孔微球及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米多孔微球由于其高比表面積和吸附能力，在過濾、分離、催化、個(gè)體防護(hù)、生物載藥、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]高純二氧化鋯為白色粉末，熔點(diǎn)高達(dá)2680°C，導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、摩擦系數(shù)低，化學(xué)穩(wěn)定性高，抗蝕性能優(yōu)良，尤其具有抗化學(xué)侵蝕和微生物侵蝕的能力。
[0004]聚醚砜樹脂(PES)是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性高分子材料，它具有優(yōu)良的耐熱性能、物理機(jī)械性能、絕緣性能，水解穩(wěn)定性高，抗氧化性能和抗氯性能十分顯著，特別是具有可以在高溫下連續(xù)使用和在溫度急劇變化的環(huán)境中仍能保持性能穩(wěn)定等突出優(yōu)點(diǎn)，是重要的膜材料之一，在靜電紡絲成形中具有廣泛應(yīng)用。
[0005]氣泡靜電紡絲是通過力學(xué)原理和數(shù)學(xué)方法提出來(lái)的紡絲技術(shù)，氣泡形成的聚合物液膜(膜的厚度在幾千納米左右)在靜電或氣流的作用下被拉伸，厚度會(huì)降到原厚度的1/4?1/10，氣泡破裂后在不均勻的電場(chǎng)和氣流場(chǎng)的作用下進(jìn)一步拉伸形成納米纖維。由于液膜或氣泡很容易批量產(chǎn)生，因此氣泡紡技術(shù)非常適合于納米纖維或納米球的大批量生產(chǎn)，而且氣泡紡技術(shù)是克服氣泡的表面張力完成紡絲，其表面張力與溶液的性質(zhì)無(wú)關(guān)，僅與氣泡的大小與內(nèi)外氣體壓差有關(guān)。它不僅能夠克服傳統(tǒng)靜電紡絲方法的易堵塞、難清洗，多針頭靜電干擾等的缺點(diǎn)，而且還能夠允許溶液中存在微粒等顆粒狀添加物，并且在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)納米纖維或者納米球的批量化生產(chǎn)。
[0006]因此，用旋轉(zhuǎn)氣泡紡絲設(shè)備紡制有分散劑來(lái)均勻分散的二氧化鋯(Zr02)納米顆粒添加物的聚醚砜(PES)溶液，將得到的納米多孔微球膜從非溶劑相中析出，再高溫煅燒之后得到耐高溫的納米多孔微球順應(yīng)市場(chǎng)需要。
[0007]因此，有必要提供一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供耐高溫聚醚砜納米多孔微球及其制備方法，微球?yàn)橐?guī)則球形顆粒，具有納米多孔結(jié)構(gòu)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0010]一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球，所述的耐高溫聚醚砜納米多孔微球?yàn)橐?guī)則球形顆粒，具有納米多孔結(jié)構(gòu)，多孔微球表面和內(nèi)部都有高度聯(lián)通的多孔結(jié)構(gòu)，所述微球平均粒徑為10nm?lOOum，比表面積為100?1000m2/g，微球具有表面微孔內(nèi)部稍大微孔結(jié)構(gòu)，表面微孔的平均孔徑為10?80nm，內(nèi)部大孔的平均孔徑為100?400nm。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案:
[0012]一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法，其包括步驟:
[0013](I)將分散劑與聚醚砜聚合物顆粒按質(zhì)量比混合，將混合物按質(zhì)量比例加入到有機(jī)溶劑中，然后加入到水浴鍋中攪拌成完全溶液狀態(tài)，最后將一定量的二氧化鋯納米顆粒摻雜加入到剛才所得的溶液中，用超聲波攪拌器攪拌均勻，成為最終膠體溶液；
[0014](2)將膠體溶液加入到旋轉(zhuǎn)氣泡紡的紡絲溶液槽中，同時(shí)將紡絲圓環(huán)連接高壓電源進(jìn)行旋轉(zhuǎn)氣泡紡，經(jīng)過紡絲圓環(huán)上氣泡進(jìn)行紡絲，獲得凝膠納米多孔微球膜；
[0015](3)凝膠納米多孔微球膜再加入非溶劑相中，在非溶劑相中利用相反轉(zhuǎn)自助法制備納米多孔微球，然后蒸餾水洗滌，將洗滌后的納米多孔微球放入真空干燥箱中干燥再放入馬弗爐中高溫煅燒，得到耐高溫聚醚砜納米多孔微球。
[0016]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(I)中，分散劑顆粒的質(zhì)量為聚醚砜(PES)顆粒質(zhì)量的1.1?5倍，將混合物加入有機(jī)溶劑的質(zhì)量比例為6%?15%，在水浴鍋中攪拌的溫度為20°C?90°C，二氧化鋯(Zr02)納米顆粒的質(zhì)量比為完全溶解溶液的0.2%?5.0%，用超聲波攪拌器攪拌時(shí)間為1min?4h。
[0017]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(2)中，紡絲圓環(huán)連接高壓15KV?40KV進(jìn)行紡絲，接收位置距離紡絲環(huán)1cm?40cm。
[0018]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(3)中，所述的非溶劑相的質(zhì)量為之前溶解的有機(jī)溶劑質(zhì)量的1.1?100倍，靜置時(shí)間為8?72h，真空干燥箱中的干燥溫度為40 °C?150 0C，干燥時(shí)間為Ih?24h，馬弗爐的煅燒溫度是指從室溫逐步升至400 °C?1000°C。
[0019]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(I)中，所述的分散劑包括無(wú)機(jī)分散劑和有機(jī)分散劑兩大類，為水玻璃、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、月旨肪酸聚乙二醇酯、聚乙二醇200或400中的至少一種。
[0020]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(I)中，所述的有機(jī)溶劑為N-N 二甲基甲酰胺或N-N 二甲基乙酰胺中的一種。
[0021]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(2)中，所述的非溶劑相為:水、甲醇、乙醇、丙醇、氯仿中的至少一種。
[0022]優(yōu)選的，在上述耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法中，所述步驟(3)中，所述的納米多孔微球平均粒徑為10nm?lOOum，比表面積為100?1000m2/g，微球具有表面微孔內(nèi)部稍大微孔結(jié)構(gòu)，表面微孔的平均孔徑為10?80nm，內(nèi)部大孔的平均孔徑為100?400nmo
[0023]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大，便于規(guī)?；可a(chǎn)，獲得的納米多孔微球具有優(yōu)異的耐高溫性能，在高溫過濾、催化、個(gè)體防護(hù)、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0024]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是耐高溫納米多孔微球的放大倍數(shù)為5K的場(chǎng)掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0026]圖2是耐高溫納米多孔微球的放大倍數(shù)為15K的場(chǎng)掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0027]圖3是耐高溫納米多孔微球的內(nèi)部孔徑放大倍數(shù)為60K的場(chǎng)掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0028]圖4是本發(fā)明耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法的步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明公開了一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球及其制備方法，微球?yàn)橐?guī)則球形顆粒，具有納米多孔結(jié)構(gòu)。
[0030]本發(fā)明公開的一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球?yàn)橐?guī)則球形顆粒，具有納米多孔結(jié)構(gòu)，多孔微球表面和內(nèi)部都有高度聯(lián)通的多孔結(jié)構(gòu)，所述微球平均粒徑為10nm?lOOum，比表面積為100?1000m2/g，微球具有表面微孔內(nèi)部稍大微孔結(jié)構(gòu)，表面微孔的平均孔徑為10?80nm，內(nèi)部大孔的平均孔徑為100?400nm。
[0031]如圖4所示，本發(fā)明公開的一種耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法，其工藝路線如下:
[0032](I)首先將分散劑與聚醚砜聚合物(PES)顆粒按某種質(zhì)量比混合，將混合物按一定質(zhì)量比例加入到有機(jī)溶劑中，然后加入到水浴鍋中攪拌成完全溶液狀態(tài)，最后將一定量的二氧化鋯(Zr02)納米顆粒摻雜加入到剛才所得的溶液中，用超聲波攪拌器攪拌均勻，成為最終膠體溶液；
[0033](2)將膠體溶液加入到旋轉(zhuǎn)氣泡紡的紡絲溶液槽中，同時(shí)將紡絲圓環(huán)連接高壓電源進(jìn)行旋轉(zhuǎn)氣泡紡，經(jīng)過紡絲圓環(huán)上氣泡進(jìn)行紡絲，獲得凝膠納米多孔微球膜；
[0034](3)凝膠納米多孔微球膜再加入一定量的非溶劑相中，在非溶劑相中利用相反轉(zhuǎn)自助法制備納米多孔微球，然后蒸餾水洗滌，將洗滌后的納米多孔微球放入真空干燥箱中干燥再放入馬弗爐中高溫煅燒，得到耐高溫聚醚砜納米多孔微球。
[0035]本發(fā)明的耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法，所述的步驟(I)中，分散劑顆粒的質(zhì)量為聚醚砜(PES)顆粒質(zhì)量的1.1?5倍，將混合物加入有機(jī)溶劑的質(zhì)量比例為6%?15%，在水浴鍋中攪拌的溫度為20°C?90°C，攪拌時(shí)間依據(jù)溫度而定，到完全溶解為止。再摻雜加入二氧化鋯(Zr02)納米顆粒，質(zhì)量比為完全溶解溶液的0.2%?5.0%，用超聲波攪拌器攪拌均勾，攪拌時(shí)間為1min?4h，成為最終膠體溶液。
[0036]本發(fā)明的耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法，所述的步驟(2)中，紡絲圓環(huán)連接高壓15KV?40KV進(jìn)行紡絲，接收位置距離紡絲環(huán)1cm?40cm。
[0037]本發(fā)明的耐高溫聚醚砜納米多孔微球的制備方法，所述的步驟(3)中，所述的非溶劑相的質(zhì)量為之前溶解的有機(jī)溶劑質(zhì)量的1.1?100倍，靜置時(shí)間為8?72h，真空干燥箱中的干燥溫度為40 °C?150 °C，干燥時(shí)間為Ih?24h，馬弗爐的煅燒溫度是指從室溫逐步升至400°C