一種快速制備超細(xì)通體多孔纖維方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超細(xì)纖維材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種超細(xì)通體多孔纖維的快速制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超細(xì)纖維、亞微米及納米纖維因尺寸效應(yīng)賦予材料的特殊性能使其在生物醫(yī)學(xué)、組織支架、電池隔膜、空氣過濾和傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，受到了各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注。
[0003]雖然超細(xì)纖維、亞微米及納米纖維具有較高的比表面積，但是與微孔纖維、介孔纖維或其他多孔纖維相比較，比表面積仍較小。因此，在催化載體、污染吸附、精細(xì)過濾等領(lǐng)域受到限制，而且具有多孔結(jié)構(gòu)的纖維在細(xì)胞培養(yǎng)上的效果要優(yōu)于表面光滑的纖維。所以，制備具有多孔結(jié)構(gòu)的超細(xì)纖維、亞微米及納米纖維是進(jìn)一步提高纖維比表面積的一個(gè)重要手段。
[0004]目前，常見的制備超細(xì)多孔纖維的方法主要分為兩類:模板法和相分離法。
[0005]模板法包括兩種，其中一種是在紡絲溶液中添加無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)作為造孔劑，在纖維成形后，去除無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)而形成多孔結(jié)構(gòu)。但是由于某些造孔劑顆粒粒徑很小容易發(fā)生團(tuán)聚，孔徑通常較難控制。而且，纖維內(nèi)部的顆粒通常不易去除，可能會(huì)有一定量的殘留。另一種模板法是分別制備兩種聚合物紡絲液并將其按一定比例混合或者將兩種聚合物共同溶解在同一溶劑里，纖維成形后通過后處理工藝，去除其中一種組分，從而形成多孔結(jié)構(gòu)。后處理工藝包括溶劑萃取，熱降解和紫外光照射交聯(lián)處理等方式。不同的后處理方式也會(huì)進(jìn)一步對(duì)纖維形貌和結(jié)構(gòu)造成破壞。不難看出模板法步驟較多，過程繁瑣，這種方法目前得到的多孔纖維，制孔效果并不佳。
[0006]相分離法則是在紡絲過程中，紡絲液體流發(fā)生快速相分離，形成聚合物富集相和溶劑富集相，聚合物富集相固化最終形成纖維的骨架，而溶劑富集相則形成纖維的多孔結(jié)構(gòu)。這種相分離法形成的多孔結(jié)構(gòu)是由于紡絲液濃度、環(huán)境溫度、揮發(fā)速率等多種因素共同影響的結(jié)果。因此，采用相分離法制備多孔纖維需要考慮較多因素并嚴(yán)格控制。而且，采用相分離法制備的多孔纖維，通常只存在于纖維表面，對(duì)纖維比表面積的提高作用較少。
[0007]離心紡絲技術(shù)作為近年來(lái)新興的一種可制備微納米纖維的重要方法，在產(chǎn)量方面，其單個(gè)噴嘴與傳統(tǒng)靜電紡絲相比可高達(dá)近千倍;在原料選擇方面，離心紡絲不再受材料極性的限制。在推進(jìn)微納米纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路上，離心紡絲技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。
[0008]乙基纖維素具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和光照穩(wěn)定性；乙基纖維素基薄膜和塑料在很寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)乙基纖維素不溶解于水，吸濕性也極低。此外，乙基纖維素作為一種纖維素衍生物，其原料來(lái)源于豐富的可再生資源一一纖維素，因此乙基纖維素也是一種可再生資源和環(huán)境友好材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種快速制備超細(xì)通體多孔纖維方法。
[0010]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0011]提供一種快速制備超細(xì)通體多孔纖維的方法，包括以下步驟:
[0012](I)制備紡絲液
[0013]將乙基纖維素加入到乙醇和水的混合溶劑中，室溫下攪拌得到均勻溶液;再將聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌得到透明紡絲液；
[0014](2)進(jìn)行離心紡絲
[0015]將透明紡絲液注入到噴絲器中，在轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘、接收距離10厘米的條件下進(jìn)行離心紡絲，得到超細(xì)通體多孔纖維。
[0016]本發(fā)明中，所述透明紡絲液中，乙基纖維素:聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為:6?9:4
?I O
[0017]本發(fā)明中，所述透明紡絲液中，乙醇:水的體積比為:7?9:3?I。
[0018]發(fā)明原理描述:
[0019]本發(fā)明中采用離心紡絲技術(shù)直接一步法快速制備出超細(xì)通體多孔纖維的原理可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述:
[0020]首先，乙醇是乙基纖維素的良溶劑而水是乙基纖維的不良溶劑，由于乙醇和水可以任意比例互溶，在適當(dāng)?shù)臐舛认?，可以采用乙醇和水的混合溶劑溶解乙基纖維素。當(dāng)通過離心紡紡制時(shí)，由于乙醇和水揮發(fā)性不同，從噴絲孔出來(lái)的紡絲液射流中乙醇迅速揮發(fā)，而水揮發(fā)較慢從而在纖維固化過程中聚集;乙基纖維素在制備紡絲液過程通過鏈纏結(jié)和氫鍵等作用與聚乙烯吡咯烷酮結(jié)合到一起，在紡絲液射流的固化過程中，乙基纖維素和聚乙烯吡咯烷酮與水富集區(qū)分離，在固化的最后階段，纖維基本成形而水富集區(qū)進(jìn)一步揮發(fā)從而形成孔洞，由于這種水富集區(qū)域在纖維中隨機(jī)均勻分布，所以最終紡制出來(lái)的纖維為通體多孔纖維。
[0021]其次，由于離心紡的原理決定其具有很高的紡絲效率，保證了纖維的產(chǎn)量。離心力作用使得從噴絲孔出來(lái)的紡絲液流量較高，紡絲液射流較粗，進(jìn)而水含量也會(huì)相對(duì)增加，這使得射流固化過程中水富集區(qū)域形成的機(jī)會(huì)大大增加，從而保證紡制出超細(xì)通體多孔纖維。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023](I)本發(fā)明中超細(xì)通體多孔纖維多孔特征明顯，纖維比表面積更大;此外，不需要造孔劑或擴(kuò)孔劑，減少了纖維中雜質(zhì)的殘留；也不需要通過后處理方式使多孔產(chǎn)生或者增加孔的數(shù)量，避免了對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和形貌破壞。
[0024](2)本發(fā)明中所使用的乙基纖維素原材料廉價(jià)易得，進(jìn)一步減緩了使用合成材料的壓力，在環(huán)境保護(hù)方面也可以起到改善作用。
[0025](3)本發(fā)明中選用廉價(jià)的乙醇和水作為溶劑，不僅有效地降低了成本，也有利于環(huán)境保護(hù)。
[0026](4)本發(fā)明采用離心紡絲技術(shù)一步法制備超細(xì)通體多孔纖維，工藝過程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，為超細(xì)通體多孔纖維的批量制備和規(guī)?；a(chǎn)提供了有效手段。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的超細(xì)通體多孔纖維的SEM圖(放大10000倍)；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的超細(xì)通體多孔纖維的SEM圖(放大1000倍)；
[0029]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制得的超細(xì)通體多孔纖維的SEM圖(放大10000倍)；
[0030]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制得的超細(xì)通體多孔纖維的SEM圖(放大1000倍)；
[0031]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3制得的超細(xì)通體多孔纖維的SEM圖(放大10000倍)；
[0032]圖6是本發(fā)明實(shí)施例3制得的超細(xì)通體多孔纖維的SEM圖(放大1000倍)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。需指出的是，這些實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，而不用于限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，對(duì)本發(fā)明作出各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0034]本發(fā)明中，所述超細(xì)通體多孔纖維采用的設(shè)備為中國(guó)專利CN105177744A中公開的離心紡絲裝置。
[0035]實(shí)施例1:
[0036]將一定量的乙基纖維素加入到7mL乙醇和3mL水的混合溶劑中，室溫下攪拌得到均勻溶液，將少量聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌得到透明紡絲液。其中乙基纖維素:聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為9:1。將紡絲液注入到噴絲器中，在轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘、接收距離10厘米的條件下進(jìn)行離心紡絲，得到超細(xì)通體多孔纖維，其SEM圖如圖1、2所不O
[0037]實(shí)施例2:
[0038]將一定量的乙基纖維素加入到SmL乙醇和2mL水的混合溶劑中，室溫下攪拌得到均勻溶液，將少量聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌得到透明紡絲液。其中乙基纖維素:聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為8:2。將紡絲液注入到噴絲器中，在轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘、接收距離10厘米的條件下進(jìn)行離心紡絲，得到超細(xì)通體多孔纖維，其SEM圖如圖3、4所不O
[0039]實(shí)施例3:
[0040]將一定量的乙基纖維素加入到9mL乙醇和ImL水的混合溶劑中，室溫下攪拌得到均勻溶液，將少量聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌得到透明紡絲液。其中乙基纖維素:聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為6:4。將紡絲液注入到噴絲器中，在轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘、接收距離10厘米的條件下進(jìn)行離心紡絲，得到超細(xì)通體多孔纖維，其SEM圖如圖5、6所不O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速制備超細(xì)通體多孔纖維方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備紡絲液 將乙基纖維素加入到乙醇和水的混合溶劑中，室溫下攪拌得到均勻溶液;再將聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌得到透明紡絲液； (2)進(jìn)行離心紡絲 將透明紡絲液注入到噴絲器中，在轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘、接收距離10厘米的條件下進(jìn)行離心紡絲，得到超細(xì)通體多孔纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述透明紡絲液中，乙基纖維素:聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為:6?9:4?I。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述透明紡絲液中，乙醇:水的體積比為:7?9:3?I ο
【專利摘要】本發(fā)明涉及超細(xì)纖維材料制備領(lǐng)域，旨在提供一種快速制備超細(xì)通體多孔纖維方法。包括：將乙基纖維素加入到乙醇和水的混合溶劑中，室溫下攪拌得到均勻溶液；再將聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌得到透明紡絲液；將透明紡絲液注入到噴絲器中進(jìn)行離心紡絲，得到超細(xì)通體多孔纖維。本發(fā)明中超細(xì)通體多孔纖維多孔特征明顯，纖維比表面積更大；不需要造孔劑或擴(kuò)孔劑，減少了纖維中雜質(zhì)的殘留；也不需要通過后處理方式使多孔產(chǎn)生或者增加孔的數(shù)量，避免了對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和形貌破壞。所使用的乙基纖維素原材料和溶劑廉價(jià)易得，進(jìn)一步減緩了使用合成材料的壓力，在環(huán)境保護(hù)方面也可以起到改善作用。工藝過程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高。
【IPC分類】D01D5/24, D01D5/18, D01D1/02
【公開號(hào)】CN105714388
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610074947
【發(fā)明人】楊斌, 侯騰
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)