專(zhuān)利名稱(chēng)：磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺超細(xì)纖維的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備取向排列聚砜酰胺(PSA)超細(xì)纖維的裝置及方法。特別是一 種采用磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維的裝置及方法。
背景技術(shù)：
聚砜酰胺纖維(PSA)作為我國(guó)唯一的一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐高溫纖維產(chǎn)品， 具有優(yōu)良的耐熱性、熱穩(wěn)定性、高溫尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性及抗輻射性，同時(shí)具有良 好的物理機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和染色性。我國(guó)科技人員在研制聚砜酰胺(PSA)纖維時(shí)，改 變了國(guó)際上其它公司所采用的以間苯二胺為第二單體的傳統(tǒng)工藝路線(xiàn)，創(chuàng)造性地引入了對(duì) 苯結(jié)構(gòu)和砜基，使酰胺基和砜基相互連接對(duì)位苯基構(gòu)成線(xiàn)型大分子。由于大分子主鏈上存 在強(qiáng)吸電子的砜基基團(tuán)，通過(guò)苯環(huán)的雙鍵共軛作用，使其具有優(yōu)異的耐熱特性。其產(chǎn)品主要 用于防護(hù)制品、過(guò)濾材料、電絕緣材料、摩擦密封材料和其它工業(yè)織物。 聚合物合成纖維的生產(chǎn)大多采用熔融紡絲、干法紡絲、濕法紡絲等常規(guī)工藝， 采用這些方法生產(chǎn)的纖維直徑一般介于10iim 500iim之間(安林紅，王躍.納米 纖維技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].當(dāng)代石油石化，2002，10(2) :41-5)。在專(zhuān)利W0127365; W0250346 ;US2002175449 ;US2002084178中都描述了采用靜電紡絲制備聚合物超細(xì)纖 維，制備的纖維的直徑分布為150 400nm，然而得到的電紡絲都以無(wú)紡布的形式存 在，因此制備形貌規(guī)則的電紡絲陣列成為其應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。目前制備電紡絲陣列的 方法主要包括采用轉(zhuǎn)筒形、鐵餅型等不同接收裝置和改變電場(chǎng)(Matthews JA， WnekGE， Simpson DG， Bowlin GL Electrospinning of CollagenNanofibers. Biomacromolecules 2002， 3， 232-238 ;Bornat. JP， U. patent (Editor) ， vol. 4965110， US， 1990 ;The皿A， Zussman E， Yarin AL.Electrostatic field—assisted alignment ofelectrospun nanofibres. Nanotechnology 2001，12，384—390 ;Tsaia PP， Schreuder—Gibson H， Gibson P.Different electrostatic methods for making electret Filters[J]. Journal of Electrostatics. 2002，54 :41_333 ;Meghana V.Kakade. Electric Field Induced Orientation of Polymer Chains inMacroscopically Aligned Electrospun Polymer Nanof ibers J. Am. Chem. Soc. ， 2007， 129 (10) ， 2777-2782.)，這兩種方法得到的電紡絲陣列 面積小、有序度不高，不能滿(mǎn)足應(yīng)用的需求。 Yang等首次將磁場(chǎng)引入靜電紡絲來(lái)生產(chǎn)高度取向的纖維(Dayong Yang， Bo Lu， Yong Zhao， Xiangyu Jiang Fabrication of Aligned Fibrous Arrays by Magnetic Elctrospinning. AdvancedMaterials DOI :10. 1002/adma. 200100171)，東華大學(xué)吳玥石開(kāi)究 了磁場(chǎng)對(duì)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的影響(吳玥.引入磁場(chǎng)的靜電紡絲技術(shù)及其對(duì)非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)控制機(jī)理 的研究.東華大學(xué)，博士學(xué)位論文，2008)。專(zhuān)利CN1873064A制備了定向磁性電紡納米纖維， 采用的高分子為聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚羥基丁酸酯、殼聚糖、明膠、聚氧乙烯的一種。但以 上文獻(xiàn)及專(zhuān)利都沒(méi)有以聚砜酰胺作為研究對(duì)象。
本發(fā)明以國(guó)內(nèi)唯一具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐高溫纖維聚砜酰胺作為紡絲液，將自制 的油相磁性Fe304溶液與PSA溶液混合后紡絲，制備了直徑分布為100 500nm的取向排列 的PSA電紡絲陣列。并提出了紡絲過(guò)程中的最佳工藝參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的之一在于提供一種磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì) 纖維的裝置。 本發(fā)明的目的之二在于提供磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖 維的方法。 本發(fā)明的基本原理是將含有磁性顆粒Fe304的油相溶液與PSA紡絲液混合后在磁 場(chǎng)存在下進(jìn)行靜電紡絲，磁場(chǎng)誘導(dǎo)纖維取向排列，最終得到直徑分布為100 500nm的取向 排列的PSA電紡絲陣列。 依據(jù)上述原理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維的裝置，包括直流高壓 電源、注射器、接收裝置，其特征在于所述的接收裝置是在鋁箔接收器上放置一對(duì)平行永磁 鐵；由直流高壓電源的正負(fù)極各引出一根導(dǎo)線(xiàn)， 一根導(dǎo)線(xiàn)與所述鋁箔接收器連接，另一根導(dǎo) 線(xiàn)與注射器的噴絲頭連接。 —種磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維的，采用上述的裝置來(lái) 實(shí)現(xiàn)，其特征在于該方法的具體步驟為 a.以4，4'-二氨基二苯砜和對(duì)苯二甲酰氯為單體，以二甲基乙酰胺DMAc為溶劑， 采用縮聚法制備質(zhì)量百分比濃度為10X 20X的聚砜酰胺PSA的二甲基乙酰胺DMAc溶 液； b.制備質(zhì)量百分比濃度為0. 3% 0. 8%的油相磁性Fe304溶液； c.將步驟b所得油相磁性Fe304溶液滴加至步驟a所得聚砜酰胺PSA的DMAc溶液
中，超聲分散12h，得到磁化聚砜酰胺PSA紡絲液；其中？6304與聚砜酰胺的質(zhì)量比為0. 5
o. 8 : ioo ; d.將步驟c所得磁化聚砜酰胺PSA紡絲液加入到注射器中，確保噴絲頭無(wú)堵塞，控 制紡絲電壓為20 30kV，接收裝置與噴絲頭之間的接收距離為12 18cm，得到的聚砜酰 胺超細(xì)纖維于200°C 25(TC下處理20h 30h，即得到取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維。
本發(fā)明成功地將Fe304粒子分散到PSA纖維中，并通過(guò)施加磁場(chǎng)成功制備得到纖維 直徑分布為100 500nm的定向排布的超細(xì)纖維，該方法操作簡(jiǎn)單，可重復(fù)程度高，易于推 廣。


圖1為本發(fā)明中使用的磁化靜電紡絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為高分子鏈在電場(chǎng)作用下的取向狀態(tài)。 圖3為一對(duì)平行永磁鐵間的磁力線(xiàn)方向。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一制備的PSA纖維的掃描電鏡圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例二制備的PSA纖維的掃描電鏡圖。
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圖6為本發(fā)明實(shí)施例三制備的PSA纖維的掃描電鏡圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例四制備的PSA纖維的掃描電鏡圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例五制備的PSA纖維的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 在傳統(tǒng)靜電紡絲過(guò)程中，高分子溶液在高壓電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生極化電荷，噴絲口
處溶液被拉出表面沿著直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定位置，進(jìn)入非穩(wěn)定階段，開(kāi)始呈螺旋擺動(dòng)運(yùn)
動(dòng)，運(yùn)動(dòng)區(qū)域變成圓錐套，大分子鏈沿著電場(chǎng)的方向取向排列，又因?yàn)閲娚淞髯陨硭哂蟹?br> 穩(wěn)定擺動(dòng)特性，導(dǎo)致噴射流之間會(huì)產(chǎn)生影響，每股噴射流之間互相交錯(cuò)，收集到的纖維分布
是具有任意性的，參見(jiàn)圖2。而當(dāng)有外加磁場(chǎng)時(shí)，纖維在磁性顆粒的誘導(dǎo)下將沿磁力線(xiàn)方向
呈現(xiàn)單軸取向，參見(jiàn)圖3。 實(shí)施例一，具體步驟如下 1.以4，4'-二氨基二苯砜和對(duì)苯二甲酰氯為單體，以二甲基乙酰胺DMAc為溶劑， 直接縮聚得到PSA-DMAc溶液，通過(guò)計(jì)算原料的質(zhì)量得到PSA-DMAc溶液的質(zhì)量百分比濃度 為32%，再加入溶劑DMAc稀釋?zhuān)玫劫|(zhì)量百分比濃度為16X的純PSA紡絲液待用。
2.制備油相磁性Fe304溶液，參見(jiàn)Li LIU， Qinghua JIAO， Cheng PENG， Shi Jiang HE， Lihua WANG. Ultrasonic—assisted synthesis and str印avidin conjugation ofamino-magnetic nanoparticles，Nuclear Science and Techniques,19(6) :370-375。
3.在室溫下，將自制Fe304溶液滴加至純PSA紡絲液中，超聲分散12h，得到磁化 PSA紡絲液待用。(FeA與PSA的質(zhì)量比為O. 5 : 100)。 4.磁化PSA紡絲液加入到注射器2中，確保噴絲頭7無(wú)堵塞，紡絲電壓為25kV，放 置一對(duì)平行永磁鐵4的鋁箔接收器3到噴絲頭7之間的接收距離為15cm。制得的PSA超細(xì) 纖維于高溫烘箱內(nèi)23(TC下處理24h。測(cè)得該纖維的直徑為200nm，其形貌參見(jiàn)圖4。
實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，所不同的是PSA紡絲液中不加入油相 磁性Fe304溶液；鋁箔接收器3上不放置一對(duì)平行永磁鐵4。紡得的纖維的形貌見(jiàn)附圖5。
實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，所不同的是鋁箔接收器3上不放置一 對(duì)平行永磁鐵4。紡得的纖維的形貌見(jiàn)圖6。 實(shí)施例四本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，所不同的是用塑料平行板代替一對(duì) 平行永磁鐵4。纖維沉降在塑料板之外的鋁箔上，塑料板表面上，或是塑料板之間的鋁箔面 上但是卻無(wú)法懸掛于塑料板之間的凹槽里。紡得的纖維的形貌見(jiàn)圖7。 實(shí)施例五本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，所不同的是PSA紡絲液中不加入油相 磁性Fe304溶液。紡得的纖維的形貌見(jiàn)圖8。 從圖中的5張電鏡圖可以看出，只有圖4的纖維呈取向排列，即只有實(shí)施例一紡得 的纖維為取向排列的PSA超細(xì)纖維。通過(guò)上述實(shí)施例我們也可以得知，磁場(chǎng)是誘導(dǎo)纖維取 向排列的真實(shí)驅(qū)動(dòng)力，發(fā)明選擇了磁化的聚合物紡絲液以及合適的外加磁場(chǎng)，最終成功制 備取向排列的PSA超細(xì)纖維。上述對(duì)實(shí)例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能 理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易的對(duì)這些實(shí)施實(shí)例做出各種修改，并 把在此說(shuō)明的一般性原理應(yīng)用在其它應(yīng)用實(shí)例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施實(shí)例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改 都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維的裝置，包括直流高壓電源(1)、注射器(2)、接收裝置，其特征在于所述的接收裝置是在鋁箔接收器(3)上放置一對(duì)平行永磁鐵(4)；由直流高壓電源(1)的正負(fù)極各引出一根導(dǎo)線(xiàn)(5、6)，一根導(dǎo)線(xiàn)(5)與所述鋁箔接收器(3)連接，另一根導(dǎo)線(xiàn)(6)與噴絲頭(7)連接。
2. —種磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維的，采用根據(jù)權(quán)利要求1 所述的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特征在于該方法的具體步驟為a. 以4，4' -二氨基二苯砜和對(duì)苯二甲酰氯為單體，以二甲基乙酰胺為溶劑，采用縮聚 法制備質(zhì)量百分比濃度為10% 20%的聚砜酰胺PSA的DMAc溶液；b. 制備質(zhì)量百分比濃度為0. 3% 0. 8%的油相磁性Fe304溶液；c. 將步驟b所得油相磁性Fe304溶液滴加至步驟a所得聚砜酰胺PSA的二甲基乙酰胺 溶液中，超聲分散12h，得到磁化聚砜酰胺PSA紡絲液；其中Fe304與聚砜酰胺的質(zhì)量比為 0. 5 0. 8 : 100 ;d. 將步驟c所得磁化聚砜酰胺PSA紡絲液加入到注射器(2)中，確保噴絲頭(7)無(wú)堵 塞，控制紡絲電壓為20 30kV，接收裝置與噴絲頭(7)之間的接收距離為12 18cm，得到 的聚砜酰胺超細(xì)纖維于200°C 25(TC下處理20h 30h，即得到取向排列聚砜酰胺PSA超 細(xì)纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用磁化靜電紡絲法制備取向排列聚砜酰胺PSA超細(xì)纖維的裝置及方法。該裝置包括直流高壓電源、注射器、接收裝置，接收裝置是在鋁箔接收器上放置一對(duì)平行永磁鐵；由直流高壓電源的正負(fù)極各引出一根導(dǎo)線(xiàn)，一根導(dǎo)線(xiàn)與所述鋁箔接受器連接，另一根導(dǎo)線(xiàn)與注射器的噴絲頭連接。該方法是將油相磁性Fe3O4溶液加入至聚砜酰胺紡絲液液中，得到磁化聚砜酰胺PSA紡絲液，該紡絲液在磁場(chǎng)作用下制備得到纖維直徑分布為100～500nm的定向排布的超細(xì)纖維，該方法操作簡(jiǎn)單，可重復(fù)程度高，易于推廣。
文檔編號(hào)D01F6/88GK101724919SQ20091020627
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者劉麗, 夏文健, 徐文婷, 肖長(zhǎng)發(fā), 顧巍巍 申請(qǐng)人:上海大學(xué)