一種增強納米纖維膜力學性能的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術領域。具體涉及一種利用靜電復合結合微波處理快速高效增強納米纖維膜力學性能的方法。
【背景技術】
[0002]納米纖維膜是指直徑為納米尺度而長度較大的具有一定長徑比的線狀材料。納米纖維膜具有尺度小、比表面積大、表面功能化、能夠有效調控纖維的精細結構等突出的特性。多功能納米纖維膜在生物醫(yī)用材料、過濾防護、傳感材料、催化載體、太陽能電池等領域有著良好的應用前景。在實際應用過程中，通常需要目標材料具有多種特性。在納米材料的制備過程中，可利用兩個或以上的組分共混而將各組分具有的特性引入復合材料中，從而賦予了所制備的復合材料多種特性，且彌補了彼此的缺陷。聚電解質是一類分子鏈中帶有許多可離解性基團的聚合物。將陽離子聚電解質和陰離子聚電解質共混，二者之間通過靜電相互作用可以形成聚電解質復合物，而聚電解質的形成不僅有利于改善共混材料的力學性能，而且使得制備的復合納米材料兼具兩種聚電解質的性能優(yōu)勢。
[0003]雖然納米纖維膜有很多優(yōu)越的性能，但是由于納米纖維膜的孔隙率較高，使得電紡納米纖維膜的力學性能普遍不佳，因此極大地限制了納米纖維膜在很多領域的應用。常見的提高納米材料力學性能的方法有:添加剛性無機納米粒子、化學交聯(lián)和熱退火處理等。例如，例如授權專利號為CN102794952B的專利中就公開了一種通過碳納米管(CNT)填料增強增韌納米纖維膜的方法，雖然該方法可以起到較好的效果，但是無機納米粒子容易團聚從而影響其進一步應用。公開號為CN104894856A的專利中就公開了一種利用化學交聯(lián)的方法提升納米纖維膜的力學性能的方法，該方法雖然可以在一定程度上增強納米纖維膜的力學性能，但是使用了有毒有害的化學試劑，且存在化學試劑殘留，發(fā)生副反應等問題。有文獻報道，熱退火處理納米材料幾個小時就可以在一定程度上提高納米纖維膜的力學性能。雖然熱退火處理可以有效地改善納米纖維膜的力學性能，但是這種處理方法一般需要高溫高壓處理幾個小時甚至更久，存在能耗高、能量利用率低等缺點。微波是一種電磁波，它比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠紅外線等波長更長，因此能夠穿透到介質內部，使得加熱更均勻。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用靜電復合結合微波處理快速高效增強納米纖維膜力學性能的方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種增強納米纖維膜力學性能的方法，其特征為，包括以下步驟:
[0006]1)將陽離子聚電解質加入到其良溶劑中完全溶解得到溶液，陽離子聚電解質的質量濃度為1?50wt%;
[0007]2)將陰離子聚電解質加入到其良溶劑中完全溶解得到溶液，陰離子聚電解質的質量濃度為1?50wt%;
[0008]3)將步驟1)和步驟2)所得的聚電解質溶液以質量比為1:9?9:1的比例共混，攪拌2?1 Oh得到均一透明的靜電紡絲前驅液；
[0009]4)將步驟3)所得的靜電紡絲前驅液進行靜電紡絲，制得聚電解質復合納米纖維膜；
[0010]5)將制備的聚電解質復合納米纖維膜置于微波反應器中經(jīng)微波處理。
[0011]按上述方案，所述步驟1)中的陽離子聚電解質為殼聚糖、聚乙烯亞胺、殼聚糖季銨化衍生物、聚丙烯酰胺中的任意一種或多種的混合。
[0012]按上述方案，所述步驟1)中的良溶劑為鹽酸、甲酸、乙酸、三氟乙酸、丙酮和N，N_二甲基甲酰胺中的任意一種或多種的混合。
[0013]按上述方案，所述步驟2)中的陰離子聚電解質為果膠、羧甲基纖維素、明膠、透明質酸、阿拉伯樹膠中的任意一種或多種的混合。
[0014]按上述方案，所述步驟2)中的良溶劑為鹽酸、甲酸、乙酸、三氟乙酸、丙酮、和N，N_二甲基甲酰胺中的任意一種或多種的混合。
[0015]按上述方案，所述步驟4)中靜電紡絲的條件如下:溫度為10?60°C，濕度為20?80%，推進速度為0.1?3.0mL/h，電壓為10?50kV，噴絲頭到接收板的距離為5?30cm。
[0016]按上述方案，所述步驟5)中的微波處理的功率為100?1000W，時間為1?lOmin。
[0017]本發(fā)明采用陽離子聚電解質和陰離子聚電解質共混，通過靜電紡絲技術制備聚電解質復合物納米纖維膜，然后利用微波處理該聚電解質復合納米纖維膜，能夠快速高效地增強納米纖維膜的力學性能，且不會改變和破壞納米纖維膜形貌和結構。該工藝制得的納米纖維膜兼具兩組分的特性，且具有良好的力學特性，其形貌沒有被改變，結構沒有被破壞，可在生物醫(yī)用材料、過濾防護、催化載體等領域得到實際應用;本發(fā)明的方法具有操作簡單，效果顯著，成本低廉，綠色環(huán)保的特點，有望用于工業(yè)化生產(chǎn)，為快速高效地增強復合納米纖維膜力學性能提供一種新的方法。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1聚乙烯亞胺/果膠聚電解質復合納米纖維膜經(jīng)微波處理前后的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；
[0019]圖2為實施例2中未處理及經(jīng)微波處理的殼聚糖、明膠、殼聚糖/明膠聚電解質復合納米纖維膜的應力-應變曲線；
[0020]圖3為實施例3中季銨化殼聚糖/阿拉伯樹膠聚電解質復合納米纖維膜(a)，經(jīng)200W微波處理lOmin后聚電解質復合納米纖維膜(b)，經(jīng)500W微波處理4min后聚電解質復合納米纖維膜(c)，經(jīng)800W微波處理1.5min后聚電解質復合納米纖維膜(d)的抗菌性能圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明方法。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0022]實施例1
[0023](1)將聚乙烯亞胺加入到60wt %的乙酸溶液中制備得到質量分數(shù)為lwt %的陽離子聚電解質溶液；
[0024](2)將果膠加入到90wt%的甲酸溶液中制備得到質量分數(shù)為50wt%的陰離子聚電解質溶液；
[0025](3)將上述步驟1)和步驟2)所述的聚電解質溶液以質量比為1:9的比例共混，攪拌2h得到均一透明的靜電紡絲前驅液；
[0026](4)將上述配制好的溶液裝入注射器中，并固定到靜電紡絲裝置的推進器上，通過靜電紡絲制備聚電解質復合納米纖維膜;其中靜電紡絲的條件如下:紡絲溫度為20°C，濕度為20%，推進速度為1.0mL/h，電壓為35kV，噴絲頭到接收板的距離為10cm;
[0027](5)將制備的聚電解質復合納米纖維膜在微波反應器中進行微波處理。其中微波處理的功率為200W，處理的時間為lOmin。
[0028]圖1是實施例1制得的聚電解質復合納米纖維膜微波處理前后的SEM圖，其中左圖為未處理的聚電解質復合納米纖維膜，右圖為經(jīng)200W微波處理lOmin后聚電解質復合納米纖維膜。從圖中可以看出，通過靜電紡絲成功地制備得到聚電解質復合納米纖維膜，且該聚電解質復合納米纖維膜經(jīng)微波處理后纖維結構未被破壞。
[0029]實施例2
[0030](1)將殼聚糖加入到80wt%的乙酸溶液中制備得到質量分數(shù)為20wt%的陽離子聚電解質溶液；
[0031](2)將明膠加入到60wt%的甲酸溶液中制備得到質量分數(shù)為30wt%的陰離子聚電解質溶液；
[0032](3)將上述步驟1)和步驟2)所述的聚電解質溶液以質量比為2:8的比例共混，攪拌10h得到均一透明的靜電紡絲前驅液；