專利名稱：一種富勒烯-高分子復合納米纖維及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米纖維材料領域，尤其涉及一種富勒烯-高分子復合納米纖維及其制備方法。
背景技術：
目前，C60,C70等富勒烯材料以其獨特的結構和性質(zhì)倍受人們重視，已經(jīng)成為當今物理、化學、材料及生命科學等領域的重要選擇。富勒烯高度對稱的閉殼足球狀的分子結構決定了它具有獨特的物理和化學性能，富勒烯的各種化學修飾物具有各種獨特的性能，例如富勒烯高分子衍生物作為功能材料在光電、生物活性、催化、潤滑劑等方面良好的應用價值。納米纖維是一種準一維結構的納米材料，具有與碳納米管類似的高長徑比，除具有力學性能優(yōu)異、比表 面積大等特點外，還具有易加工成型、微觀結構可控等優(yōu)點。然而，目前還沒有富勒烯與高分子材料制備得到混合纖維的簡便有效的方法，要想得到幾種不同物質(zhì)的混合纖維，需先制備富勒烯高分子混合溶液，但由于富勒烯的溶解性的限制，因此在制備富勒烯高分子混合溶液時很難找到合適的溶劑使得兩種物質(zhì)均勻混合完全溶解，導致現(xiàn)有的富勒烯無法與高分子材料制備得到混合納米纖維，富勒烯與高分子材料在性能方面無法實現(xiàn)有效的復合。因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種富勒烯-高分子復合納米纖維及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的富勒烯與高分子不相容、無法制備混合纖維的問題。本發(fā)明的技術方案如下:
一種富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其中，包括步驟:
51、按質(zhì)量百分含量計，將29^20%富勒烯與809^98%高分子材料進行球磨混合；
52、將混合均勻的混合物溶于溶劑中，并充分攪拌制成紡絲溶液；
53、通過靜電紡絲方法將攪拌均勻的紡絲溶液制成富勒烯-高分子的復合納米纖維。所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其中，所述步驟SI中，所述富勒烯的質(zhì)量百分含量為3°/rio%。所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其中，所述高分子材料為聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基咔唑、聚乙烯吡咯烷酮、甲殼素、羧甲基纖維素或殼聚糖中的一種或幾種。所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其中，所述富勒烯為C6(l、C70或Cm與C7tl的混合物。所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其中，所述步驟SI中，采用球磨機對富勒烯與高分子材料進行球磨混合，所述球磨機為低溫間歇式球磨機。
所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其中，所述溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺。一種富勒烯-高分子復合納米纖維，其中，采用如權利要求1所述的制備方法制備得到。有益效果:本發(fā)明提供的富勒烯-高分子復合納米纖維及其制備方法解決了富勒烯與高分子材料在溶劑中不相容的問題，同時本發(fā)明還可以極大的提高富勒烯的添加量，并且在較高的富勒烯添加量的情況下，制得的復合納米纖維沒有出現(xiàn)富勒烯顆粒聚集的現(xiàn)象。


圖1為實施例1制備得到的富勒烯-高分子復合納米纖維的形貌表征圖。圖2為實施例2制備得到的富勒烯-高分子復合納米纖維的形貌表征圖。圖3為實施例3制備得到的富勒烯-高分子復合納米纖維的形貌表征圖。圖4至圖5為實施例4制備得到的紡絲溶液不同放大倍數(shù)的電子顯微鏡掃描圖。圖6為實施例4制備得到的紡絲溶液的原子力顯微鏡掃描圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種富勒烯-高分子復合納米纖維及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供的富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其包括步驟:
51、按質(zhì)量百分含量計，將29^20%富勒烯與809^98%高分子材料進行球磨混合；
52、將混合均勻的混合物溶于溶劑中，并充分攪拌制成紡絲溶液；
53、通過靜電紡絲方法將攪拌均勻的紡絲溶液制成富勒烯-高分子的復合納米纖維。在步驟SI中，本發(fā)明通過球磨混合方式使得富勒烯被均勻分散在高分子材料的粉末之中，在將混合物溶解到溶劑后，高分子材料對于富勒烯具有良好的助溶作用，同時高分子材料在溶劑中會形成膠束，對于富勒烯有良好的包褓作用，這兩種作用能夠保證在最終形成的復合納米纖維中，富勒烯均勻分散，而不會聚集。所以，本發(fā)明提供的方法解決了富勒烯與高分子材料在溶劑中不相容的問題，同時本發(fā)明還可以極大的提高富勒烯的添加量，并且在較高的富勒烯添加量的情況下，制得的復合納米纖維沒有出現(xiàn)富勒烯顆粒聚集的現(xiàn)象。進一步，在步驟SI中，所述富勒烯的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為39TlO%，這樣既能保證最后制得的復合納米纖維中含有較高含量的富勒烯，又能使富勒烯不會出現(xiàn)顆粒聚集的情況。進一步，所述高分子材料優(yōu)選為聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基咔唑、聚乙烯吡咯烷酮、甲殼素、羧甲基纖維素或殼聚糖中的一種或幾種。這些高分子材料對于富勒烯具有更好的助溶效果，從提高了復合納米纖維的質(zhì)量穩(wěn)定性。

進一步，所述富勒烯為C6(l、C70或C6tl與C7tl的混合物，C60, C70與高分子材料的相容效果最好。
在步驟SI中，本發(fā)明優(yōu)選采用球磨機對富勒烯與高分子材料進行球磨混合，所述的球磨機為低溫間歇式球磨機，顧名思義，低溫間歇式球磨機就是采用在低溫條件下以間歇式的方式對富勒烯與高分子材料進行球磨混合，這樣能使二者進行球磨時的溫度不至于過高，避免破壞富勒烯、高分子材料的分子結構。球磨機球磨時的溫度可控制在15 20°C，并且球磨機啟停一次:運轉(zhuǎn)廣20分鐘后，停止2(T40分鐘，按照這種球磨方式對混合物進行球磨混合，既能保證較好的球磨效果，又能控制溫度不至過高。進一步，在步驟S2中，所述溶劑為DMF (N，N- 二甲基甲酰胺)，DMF是一種性能優(yōu)良的溶劑，其對多種高分子材料都是良好的溶劑，可用于合成本發(fā)明中的復合納米纖維。在步驟S3中，本發(fā)明是采用靜電紡絲方法來將紡絲溶液制備成復合納米纖維，具體是通過一靜電紡絲裝置來實現(xiàn)的，所述的靜電紡絲裝置包括高壓電源、計量泵、噴頭、接收器、容器(關于靜電紡絲裝置的結構可參考現(xiàn)有技術中的內(nèi)容，本發(fā)明不再贅述)，紡絲溶液被移入到靜電紡絲裝置的容器中，該容器設置有一溶液出口，在所述溶液出口處設置有一金屬針頭，所述金屬針頭的孔徑可設置為0.n.6_，接收器與金屬針頭的接收距離設置為l(T20cm，并接通電源，將高壓電源的輸出電壓調(diào)節(jié)至合適電壓，容器中的紡絲溶液從溶液出口流出進行靜電紡絲，并由計量泵控制紡絲溶液的流速，優(yōu)選控制為0.f 5ml/h，這樣待容器中所有的紡絲溶液紡絲完畢后，收集接收器上的無紡布，制得的無紡布即為尺寸有幾十到幾百納米的長纖維構成。靜電紡絲的基本原理是通過將紡絲溶液帶上高壓靜電，帶電的紡絲溶液的液滴在電場的作用下在毛細血管的泰勒錐頂點被加速，形成帶電射流，最后沉積在接收器上。基于上述的富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，本發(fā)明還提供一種富勒烯-高分子復合納米纖維，其采用上述的制備方法制備得到。 下面通過具體實施例來對本發(fā)明進行更詳細的說明。實施例一
1.5g聚丙烯腈與IOOmgC6tl混合后移至球磨罐中，球磨罐裝在球磨機中。設置球磨速度500轉(zhuǎn)/h，球磨溫度設置為20度，啟停一次包括:每轉(zhuǎn)10分鐘，停止20分鐘，這樣連續(xù)進行12次啟停后制得混合物，將混合物溶解到DMF中，配成質(zhì)量分數(shù)為10%的紡絲溶液。向紡絲裝置的容器中注入紡絲溶液，設置電壓為20kv，接受距離為15cm。待紡絲結束后，收集無紡布，進行形貌表征。從圖1中可以看出，雖然所得到的復合納米纖維粗細并不均勻，但所制得的復合納米纖維粗細沒有出現(xiàn)富勒烯顆粒大范圍的聚集現(xiàn)象。實施例二
1.5g聚甲基丙烯酸甲酯與IOOmgC6tl混合后移至球磨罐中，球磨罐裝在球磨機中。設置球磨速度600轉(zhuǎn)/h，球磨溫度為20度，啟停一次包括:每轉(zhuǎn)15分鐘，停止30分鐘，這樣連續(xù)進行12次啟停后制得混合物,將混合物溶解到DMF中，配成質(zhì)量分數(shù)為12%的紡絲溶液。向紡絲裝置的容器中注入紡絲溶液，設置電壓為15kv，接受距離為10cm。待紡絲結束后，收集無紡布，進行形貌表征。從圖2可以看出富勒烯與聚甲基丙烯酸甲酯形成了均勻的復合納米纖維，并且沒有出現(xiàn)富勒烯大范圍聚集的現(xiàn)象。實施例三:1.5g聚乙烯基咔唑與IOOmgC6tl混合后移至球磨罐中，球磨罐裝在球磨機中。設置球磨速度600轉(zhuǎn)/h，球磨溫度為20度，啟停一次包括:每轉(zhuǎn)15分鐘，停止30分鐘，這樣連續(xù)進行12次啟停后制得混合物，將混合物溶解到DMF中，配成質(zhì)量分數(shù)為12%的紡絲溶液。向紡絲裝置的容器中注入紡絲溶液，設置電壓為15kv，接受距離為10cm。待紡絲結束后，收集無紡布，進行形貌表征。從圖3可以看出，富勒烯與聚乙烯基咔唑形成了均勻的復合納米纖維，同時沒有出現(xiàn)富勒烯大范圍聚集的現(xiàn)象。實施例四
為了說明紡絲溶液中的富勒烯與高分子材料的存在狀態(tài)，本發(fā)明通過TEM (電子顯微鏡)和AFM (原子力顯微鏡)進行形貌表征。以聚丙烯腈為例，具體如下:球磨機中混合完全的富勒烯與聚丙烯腈粉末溶于DMF中，充分攪拌后制成紡絲溶液，過濾掉少量不溶物，下層溶液進行AFM和TEM表征。從圖4至圖6可以看出，富勒烯顆粒被聚丙烯腈包圍，并均勻分散，富勒烯團簇大小約為10nm。在球磨混合過程中，富勒烯就被均勻分散在了聚丙烯腈粉末之中，在將混合粉末溶解到DMF中后聚丙烯腈對于富勒烯存在良好的助溶作用，同時聚丙烯腈在DMF中形成膠束也會對富勒烯有很好的包褓作用，兩種作用保證了在最終形成的納米纖維中富勒烯的均勻分散而未發(fā)現(xiàn)富勒烯的聚集現(xiàn)象。綜上所述，本發(fā)明提供的制備方法，利用了高分子材料的助溶作用以及包褓作用，使得富勒烯能夠均勻分散在紡絲溶液中，最后制得的復合納米纖維既提高了富勒烯的添加量，又能保證富勒烯顆粒不會出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，所得到的復合納米纖維兼具了力學性能優(yōu)良、比表面積大、易加工成型、微觀結構可控、以及富勒烯的各種獨特的物理和化學性能。應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其特征在于，包括步驟: 51、按質(zhì)量百分含量計，將29^20%富勒烯與809^98%高分子材料進行球磨混合； 52、將混合均勻的混合物溶于溶劑中，并充分攪拌制成紡絲溶液； 53、通過靜電紡絲方法將攪拌均勻的紡絲溶液制成富勒烯-高分子的復合納米纖維。
2.根據(jù)權利要求1所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述富勒烯的質(zhì)量百分含量為39TlO%。
3.根據(jù)權利要求1所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其特征在于，所述高分子材料為聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基咔唑、聚乙烯吡咯烷酮、甲殼素、羧甲基纖維素或殼聚糖中的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求1所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其特征在于，所述富勒烯為C6(l、C70或C6tl與C7tl的混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，采用球磨機對富勒烯與高分子材料進行球磨混合，所述球磨機為低溫間歇式球磨機。
6.根據(jù)權利要求1所述富勒烯-高分子復合納米纖維的制備方法，其特征在于，所述溶劑為N，N-二甲基甲酰胺。
7.一種富勒烯-高分子復合納米纖維，其特征在于，采用如權利要求1所述的制備方法制備得 到。
全文摘要
本發(fā)明公開一種富勒烯-高分子復合納米纖維及其制備方法，其中，所述制備方法包括步驟按質(zhì)量百分含量計，將2%~20%富勒烯與80%~98%高分子材料進行球磨混合；將混合均勻的混合物溶于溶劑中，并充分攪拌制成紡絲溶液；通過靜電紡絲方法將攪拌均勻的紡絲溶液制成富勒烯-高分子的復合納米纖維。本發(fā)明提供的方法解決了富勒烯與高分子材料在溶劑中不相容的問題，同時本發(fā)明還可以極大的提高富勒烯的添加量，并且在較高的富勒烯添加量的情況下，制得的復合納米纖維沒有出現(xiàn)富勒烯顆粒聚集的現(xiàn)象。
文檔編號D01F9/00GK103103629SQ20131005842
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權日2013年2月25日
發(fā)明者李慧, 陳壽, 王春儒, 居學成 申請人:深圳市通產(chǎn)麗星股份有限公司, 北京大學深圳研究院