CN100999827A

CN100999827A - 一种通过乳液中空超细纤维的制备方法

Info

Publication number: CN100999827A
Application number: CN 200610161283
Authority: CN
Inventors: 张爱华; 张继中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2007-07-18

Abstract

本发明公开了一种利用可固化连续相及流体态分散相构成的微乳液在电场拉伸作用力下分散相合并而成为连续相转化的固态外层及分散相转化的流体态内层的纤维状结构的材料，结果在加工过程中或者随后内层流体态材料的去除导致最后形成中空结构。通过该方法所获得的中空超细纤维其内径介于1纳米至100微米，外径介于10纳米至500微米。

Description

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法

技术领域：

本发明涉及的是一种利用乳液制备中空超细纤维的方法，特别地是内径介于1纳米至100微米，外径介于10纳米至500微米的中空超细纤维。中空超细纤维通过在加工过程中及随后的乳液中分散相的流体态状态及电场拉伸力所导致的电纺过程中乳液中分散相的合并所导致的外层为固态结构而内层为流体态的纤维状结构的材料，结果在加工过程中及随后内层流体态材料的去除导致最后形成中空结构。

背景技术

目前，随着超细材料特别是纳米尺寸材料的发展，超细材料的高的比表面积、包括纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能为人类认识自然、改造自然提供了前所未有的机遇与发展空间。超细纤维作为一类重要的超细材料目前正吸引人们越来越多的关注，因为超细纤维具有纵横特性合成的特点即超细纤维可以同时在其横截面处呈现超细材料的特性而在其轴向呈现出宏观材料的特性。因此，超细纤维在其机械强度、导电性能等方面均表现出优越的性能。其中中空超细纤维由于其更高的比表面积、具有良好的分离性能等特点而成为超细纤维中的一个研究热点并受到全世界产业界的高度关注。

目前人们在超细纤维的制备方面已经开发了许多种制备方法如生产长的超细纤维的海岛复合纤维法、生产超极细短纤维的闪蒸纺丝法及电纺等方法，然而人们所获得的超细纤维主要是均匀组分及核壳结构实心纤维，只有极少数无机材料如二氧化硅、二氧化钛等人们正在研究通过同轴双喷头由电纺或者由牺牲超细纤维法获得中空无机超细纤维。然而目前人们所开发的中空超细纤维的制备方法如同轴双喷头参数控制复杂而牺牲超细纤维模板法成本高昂、步骤繁复，因此都存在一定程度的应用困难。为此，本发明通过将被加工材料及加工过程中及后加工过程中为流体态的辅助材料转换为被加工材料为连续相而辅助材料为分散相的乳液，在随后的电流体力学加工过程中电场拉伸力导致乳液中分散相合并而获得外层为固态结构而内层为流体态的纤维状结构的材料，结果在经过电纺加工过程中或者随后包括内层流体态材料的去除的后加工过程后就可以方便地获得中空结构超细纤维。

发明内容

本发明的目的之一是针对目前中空超细纤维状物质发展上的一些缺陷，发明一种利用可固化连续相及流体态分散相构成的微乳液在电场拉伸作用力下分散相合并而成为外层为固态而内层为流体态的纤维状结构的材料，结果在加工过程中及随后内层流体态材料的去除导致最后形成中空结构。通过该方法所获得的中空超细纤维其内径介于1纳米至100微米，外径介于10纳米至500微米。

本发明的技术方案是：

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于将被加工目的材料及在电流体力学加工过程中始终保持流体态的辅助材料转换为乳液状态，其中中空超细纤维材料即被加工目的材料在乳液的连续相中而构筑中空结构的流体态辅助材料在分散相中，然后将包含被加工目的材料及辅助材料的乳液通过电流体力学方法进行加工，通过电场拉伸作用导致分散相合并为流体态内层而连续相为外层的纤维状结构，随后外层的被加工目的材料固化，而在加工过程中、收集时和/或者后的内层流体态材料的流失而制备固态中空超细纤维。

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于电流体力学方法包括电纺及其它通过被加工材料在流体化后荷电运动而制备超细纤维的方法。

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于辅助材料即乳液分散相的流体态包括液态、气态、超临界流体态。

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于该中空超细纤维可以通过包括清洗、修饰、整理的后处理手段而改善所获得的中空超细纤维的性能。

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于中空超细纤维中可以包含其它细小的颗粒、纤维或者片状结构材料。

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于单根中空超细纤维可以包含一个中空管也可包含超过一个中空管。

一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于中空超细纤维的内径介于1纳米至100微米，外径介于10纳米至500微米。

本发明的有益效果：

通过简单地将电流体力学处理可纤维化乳液在荷电情况下的电流体力学拉伸所导致的流体态分散相合并而形成连续相形成固态外层而分散相形成流体态内层纤维状结构材料的方法应用于中空超细纤维的制备，可以方便而廉价地为中空超细纤维的制备提供新的制备方法。

附图说明

图1是本发明的单管中空超细纤维结构示意图。

图2是本发明的多管中空超细纤维结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种通过电场拉伸能够形成纤维状结构并且合并流体态分散相及可固化连续相的乳液而成为外层为固态材料而内层为流体态可去除材料的纤维状结构并通过去除内层可去除流体态材料而制备中空超细纤维的方法。通过该方法制备的中空超细纤维的内径介于1纳米至100微米，外径介于10纳米至500微米。单根中空超细纤维可以包含一个中空管(图1)也可包含超过一个中空管(图2)。

实施例1：

首先配制8％的聚乙烯醇PVA水溶液并将20毫升该溶液与2毫升含有5wt％司盘40的橄榄油混合后高压均质形成微乳液，然后通过电纺纺丝。电纺的喷头与对电极间距离为20厘米，在两电极间施加的电压为1.5万伏，电纺速度为1ml/h。将所获得的超细纤维用乙醚清洗、干燥后获得聚乙烯醇中空超细纤维。

实施例2：

首先配制30％的分子量为80000的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA乙酸乙酯溶液并将20毫升其与2毫升混合了5wt％的吐温40的甘油混合后高压均质形成微乳液，然后通过电纺纺丝。电纺的喷头与对电极间距离为20厘米，在两电极间施加的电压为1.5万伏，电纺速度为1ml/h。将所获得的超细纤维用水清洗、干燥后获得聚甲基丙烯酸甲酯中空超细纤维。

实施例3：

将1克平均分子量为900000的聚乙烯吡咯烷酮溶于4毫升乙酸及8毫升乙醇的混合液后加入5毫升钛酸正丁酯混合均匀后加入2毫升混合了5wt％司盘40的重矿物油通过高压均质形成微乳液，然后通过电纺纺丝。电纺的喷头与对电极间距离为20厘米，在两电极间施加的电压为1.5万伏，电纺速度为1ml/h，并通过铝板收集。将所获得的超细纤维在550摄氏度下灼烧4小时后获得二氧化钛中空超细纤维。

实施例4：

首先配制5wt％司盘40的8％的聚乙烯醇PVA水溶液100毫升然后在低温下加入干冰20克，然后将该混合物在搅拌下升温至40摄氏度后通过电流体力学方法纺丝。电流体力学方法的喷头与对电极间距离为20厘米，在两电极间施加的电压为1.5万伏。所获得的超细纤维即为聚乙烯醇中空超细纤维。

实施例5：

首先配制5wt％的吐温40的30％的分子量为80000的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA乙酸乙酯溶液50毫升并将其与50克干冰混合后边搅拌边升温至40摄氏度，然后通过电流体力学方法纺丝。电流体力学方法的喷头与对电极间距离为20厘米，在两电极间施加的电压为1.5万伏。所获得的超细纤维即为聚甲基丙烯酸甲酯中空超细纤维。

Claims

1、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于将被加工目的材料及在电流体力学加工过程中始终保持流体态的辅助材料转换为乳液状态，其中中空超细纤维材料即被加工目的材料在乳液的连续相中而构筑中空结构的辅助材料在分散相中，然后将包含被加工目的材料及辅助材料的乳液通过电流体力学方法进行加工，通过电场拉伸作用导致分散相合并为流体态内层而连续相为外层的纤维状结构，随后外层的被加工目的材料固化，而在加工过程中、收集时和/或者后的内层流体态材料的流失而制备固态中空超细纤维。

2、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于电流体力学方法包括电纺及其它通过被加工材料在流体化后荷电运动而制备超细纤维的方法。

3、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于辅助材料即乳液分散相的流体态包括液态、气态、超临界流体态。

4、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于该中空超细纤维可以通过包括清洗、修饰、整理的后处理手段而改善所获得的中空超细纤维的性能。

5、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于中空超细纤维中可以包含其它细小的颗粒、纤维或者片状结构材料。

6、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于单根中空超细纤维可以包含一个中空管也可包含超过一个中空管。

7、一种通过乳液中空超细纤维的制备方法其特征在于中空超细纤维的内径介于1纳米至100微米，外径介于10纳米至500微米。