一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜及其制備方法。該聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜為共混物，該共混物包括聚偏氟乙烯、離子液體；聚偏氟乙烯與離子液體的質(zhì)量比為100：0.5～50。該方法是將聚偏氟乙烯和離子液體干燥；然后將聚偏氟乙烯、離子液體、N,N-二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為100：0.5～50：200～300混合，70～85℃下水浴加熱磁力攪拌4～12h，再加入丙酮，其中聚偏氟乙烯與丙酮的質(zhì)量比為100：200～300，攪拌均勻后得到靜電紡絲的前驅(qū)體溶液；最后進(jìn)行靜電紡絲。本發(fā)明中聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜呈現(xiàn)出納米纖維結(jié)構(gòu)，不僅具有極高含量的β晶體，而且具有良好的抗靜電性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維 膜及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于靜電紡絲【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用靜電紡絲設(shè)備制備出高β晶體含 量且具備抗靜電性能的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜及其制備方法，尤其涉及一種通過(guò)離 子液體來(lái)實(shí)現(xiàn)高β晶體含量且具備抗靜電性能的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜及其制備方 法。【背景技術(shù)】[0002]自1974年聚偏氟乙烯(PVDF)壓電材料首次作為元件，應(yīng)用于聲電轉(zhuǎn)換技術(shù)以 來(lái)，其研究和應(yīng)用都有極大的發(fā)展。PVDF壓電薄膜具有柔性好、機(jī)械強(qiáng)度高、聲阻抗易匹 配、額響范圍寬、能抗化學(xué)和油性腐蝕等優(yōu)良特性，且可加工成大面積和復(fù)雜形狀的薄膜使 用，為壓電材料的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。PVDF壓電薄膜的用途很廣泛，可制成多種換 能器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療行業(yè)、日常生活以及軍事領(lǐng)域等，特別是在高科技領(lǐng)域，如機(jī)器 人的觸覺(jué)傳感器、智能材料以及醫(yī)療儀器領(lǐng)域(脈象儀，血流速率、血壓、心音、足底壓力 和人體心率檢測(cè)儀，胎心音探測(cè)器以及宮縮監(jiān)視儀、人造敏感皮膚、齒科檢測(cè)膜、B超用超 聲探頭等)。PVDF的壓電性等獨(dú)特性質(zhì)主要是由極性的β晶型所決定的，這主要取決于 β-PVDF中所有的F原子都排列在分子鏈的同一側(cè)，呈現(xiàn)出zig-zag的構(gòu)象，進(jìn)而顯示出 非常強(qiáng)的極性，為壓電性提供了必要條件。目前，得到PVDF的β晶型的方法主要有三類(lèi): 溶液法，機(jī)械拉伸法和納米填料加入法。例如:中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?201210228203.7)公開(kāi) 了一種通過(guò)離子液體和碳納米管的協(xié)同作用獲得高β晶體含量的聚偏氟乙烯復(fù)合材料及 制備方法。中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?201210372386.Χ)公開(kāi)了一種通過(guò)十六烷基三甲基溴化銨 (CATB)來(lái)獲得高極性晶體含量的聚偏氟乙烯復(fù)合材料及其制備方法。中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)? 201310222786.7)公開(kāi)了一種通過(guò)離子液體并以溶液法的方式獲得具有β晶體的聚偏氟 乙烯多孔膜及其制備方法。然而，上述公開(kāi)報(bào)道的專(zhuān)利中，聚偏氟乙烯的復(fù)合材料都是薄膜 結(jié)構(gòu)，限制了其在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。[0003]靜電紡絲方法是制備納米結(jié)構(gòu)材料的簡(jiǎn)便有效方法，近年來(lái)頗受關(guān)注，采用這種 方法，可以很方便地通過(guò)高壓電場(chǎng)的作用，從聚合物(復(fù)合)溶液中獲得有機(jī)高分子，高 分子/無(wú)機(jī)，高分子/高分子，無(wú)機(jī)等多種納米(復(fù)合)纖維及薄膜材料，在納米傳感材 料、過(guò)濾以及個(gè)體防護(hù)、自清潔以及催化載體、能源與光電磁、復(fù)合增強(qiáng)和食品工程等領(lǐng) 域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，有關(guān)聚偏氟乙烯的納米纖維報(bào)道如下:中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)? 200810244343.7)公開(kāi)了一種可用于鋰離子電池隔膜的聚偏氟乙烯/ 二氧化硅納米纖維 膜以及制備方法。中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?201010231664.0)公開(kāi)了一種聚吡咯/聚偏氟乙烯 納米電阻型薄膜氣敏元件及其制備方法。中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?201110450301.0)公開(kāi)了一 種可用在光催化和過(guò)濾領(lǐng)域的聚偏氟乙烯/二氧化鈦納米纖維膜。中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)? 201210228422.5)公開(kāi)了一種導(dǎo)電性高、柔韌性好的聚偏氟乙烯/碳納米管納米纖維膜。但 是，上述納米纖維膜相關(guān)專(zhuān)利中，并未涉及獲得聚偏氟乙烯極性晶體的相關(guān)研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高β晶體含量且具備抗靜電性能的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜。[0005]一種高β晶體含量且具備抗靜電性能的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜為共混物， 該共混物包括聚偏氟乙烯、尚子液體；聚偏氟乙烯與尚子液體的質(zhì)量比為100:0.5~50 ;[0006]作為優(yōu)選，一種高β晶體含量且具備抗靜電性能的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜中聚偏氟乙烯與尚子液體的質(zhì)量比為100:2~20 ;[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該高β晶體含量且具備抗靜電性能的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜的制備方法。[0008]本發(fā)明方法具體是:[0009]步驟(1).將聚偏氟乙烯和離子液體分別在80~110°C下真空干燥24~48h ；[0010]步驟(2).將聚偏氟乙烯、離子液體、N，N-二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為100:0.5~ 50:200~300混合，70~85 °C下水浴加熱磁力攪拌4~12h。待聚偏氟乙烯完全溶解后，向上述聚偏氟乙烯的溶液中，加入丙酮，其中聚偏氟乙烯與丙酮的質(zhì)量比為100:200~300， 待溶液攪拌均勻后，得到靜電紡絲的前驅(qū)體溶液；[0011]步驟(3).常溫下，先將配制好的前軀體溶液吸入注射器針筒中，將高壓電源正極連在紡絲不銹鋼針頭上，負(fù)極接鋁箔，鋁箔放在不銹鋼針頭水平方向處15厘米處作為收集板，提供15~16千伏電壓即可在鋁箔上收集到聚偏氟乙烯納米纖維薄膜；靜電紡絲結(jié)束， 關(guān)閉電源。[0012]N，N-二甲基甲酰胺和丙酮在本發(fā)明中均作為溶劑使用，前驅(qū)體溶液在靜電紡絲過(guò)程中這兩種溶劑完全揮發(fā)。[0013]所述的離子液體中的陽(yáng)離子為咪唑類(lèi)陽(yáng)離子、吡啶類(lèi)陽(yáng)離子、季銨鹽類(lèi)陽(yáng)離子、批咯類(lèi)陽(yáng)離子或哌啶類(lèi)陽(yáng)離子；各陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)如下所示:[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜，為共混物，其特征在于該共混物包括聚偏氟乙烯、尚子液體；聚偏氟乙烯與尚子液體的質(zhì)量比為100:0.5~ 50 ；所述的離子液體中的陽(yáng)離子為咪唑類(lèi)陽(yáng)離子、吡啶類(lèi)陽(yáng)離子、季銨鹽類(lèi)陽(yáng)離子、吡咯類(lèi)陽(yáng)離子或哌啶類(lèi)陽(yáng)離子；各陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)如下所示:
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜，其特征在于該聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜中聚偏氟乙烯與離子液體的質(zhì)量比為100:2~20。
3.如權(quán)利要求1所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜，其特征在于所述的離子液體為咪唑類(lèi)離子液體。
4.如權(quán)利要求3所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜，其特征在于所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。
5.制備如權(quán)利要求1所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜的方法，其特征在于該方法包括以下步驟:步驟(1).將聚偏氟乙烯和尚子液體分別在80~110°C下真空干燥24~48h ；步驟(2).將聚偏氟乙烯、離子液體、N，N-二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為100:0.5~50: 200~300混合，70~85°C下水浴加熱磁力攪拌4~12h ;待聚偏氟乙烯完全溶解后，向上述聚偏氟乙烯的溶液中，加入丙酮，其中聚偏氟乙烯與丙酮的質(zhì)量比為100:200~300，待溶液攪拌均勻后，得到靜電紡絲的前驅(qū)體溶液；步驟(3).常溫下，先將配制好的前軀體溶液吸入注射器針筒中，將高壓電源正極連在紡絲不銹鋼針頭上，負(fù)極接鋁箔，鋁箔放在不銹鋼針頭水平方向處15厘米處作為收集板， 提供15~16千伏電壓即可在鋁箔上收集到聚偏氟乙烯納米纖維薄膜；靜電紡絲結(jié)束，關(guān)閉電源；所述的離子液體中的陽(yáng)離子為咪唑類(lèi)陽(yáng)離子、吡啶類(lèi)陽(yáng)離子、季銨鹽類(lèi)陽(yáng)離子、吡咯類(lèi)陽(yáng)離子或哌啶類(lèi)陽(yáng)離子；各陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)如下所示:
6.如權(quán)利要求5所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜的制備方法，其特征在于步驟(2)中干燥后的聚偏氟乙烯和離子液體的質(zhì)量比為100:2~ 20。
7.如權(quán)利要求5所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜的制備方法，其特征在于所述的離子液體為咪唑類(lèi)離子液體。
8.如權(quán)利要求7所述的一種抗靜電且高β晶體含量的聚偏氟乙烯納米復(fù)合纖維膜的制備方法，其特征在于所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。
【文檔編號(hào)】D01D1/02GK103556234SQ201310508197
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】李勇進(jìn), 管繼鵬, 邢晨陽(yáng), 趙麗萍 申請(qǐng)人:杭州師范大學(xué)