CN101260571A

CN101260571A - 聚苯乙烯静电纺丝溶液

Info

Publication number: CN101260571A
Application number: CNA2008100253090A
Authority: CN
Inventors: 居海涛; 朱新生; 高强; 蒋孝山; 刘立; 缪洁; 刘�东
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2008-09-10

Abstract

本发明涉及一种高分子静电纺丝溶液，特别涉及一种聚苯乙烯静电纺丝溶液。它由聚苯乙烯、溶剂和添加剂组成，按质量计，聚苯乙烯为溶剂的3～50％，添加剂为聚苯乙烯的0.1～30％；所述的添加剂为：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂中的一种。添加剂的加入，使聚苯乙烯电纺膜的均匀性、致密性、力学性能等得到了明显改善，有利于纤维膜的功能化尤其是提高了PS电纺膜从收集屏上取下的可揭性。同时，本发明所采用的添加剂成本低，能够大幅度提高聚苯乙烯电纺膜的实用性，促进PS超细纤维膜快速发展与推广应用。

Description

聚苯乙烯静电纺丝溶液

技术领域

本发明涉及一种高分子静电纺丝原液，特别涉及一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，属于高分子材料技术领域。

背景技术

聚苯乙烯(PS)在常温下化学性能比较稳定，并具有较好的加工性能，因此，它被广泛地应用于工程塑料，离子交换树脂等产品。随着人们对超细纤维材料的进一步研究，PS超细纤维膜应用于过滤材料等领域的潜在价值已得到了充分的显现。由于采用干纺、湿纺等传统的纺丝方法生产出的纤维直径一般在5～500μm，因此，需要得到直径小于1μm的超细纤维就必须采用特别的纺丝技术，而静电纺丝纺制超细纤维则是目前最简便、直接的方法。据文献报道，PS溶液可以实现静电纺丝，如在公开号为CN1743518的中国发明专利“废旧聚苯乙烯泡沫塑料的静电纺丝方法”中，公开了一种制备聚苯乙烯纳米纤维的方法，其技术方案是将经过粉碎的聚苯乙烯泡沫塑料和d-柠檬烯(溶剂)以91～53∶9～47的重量比在常温下进行混合后将聚苯乙烯泡沫塑料溶解成溶液；将上述溶液直接或加入特殊功能材料(碳黑、SnO₂、TiO₂等)，利用静电纺丝装置制成直径为400nm～3.0μm的特种纳米纤维。但由于聚苯乙烯的极性低、溶液的电导率低，射流分裂程度低，纤维通常较粗，尤其是所得纤维膜蓬松，力学性能差，且易粘联在收集屏上，不易取下，影响其使用性能。这很大程度上影响了PS超细纤维膜快速发展与推广应用。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种成本低廉，能有效提高电纺膜可揭性、致密性和力学性能的聚苯乙烯静电纺丝溶液。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，其特征在于：它由聚苯乙烯、溶剂和添加剂组成，按质量计，聚苯乙烯为溶剂的3～50％，添加剂为聚苯乙烯的0.1～30％；所述的添加剂为：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂中的一种。

所述的溶剂为四氢呋喃、丁酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯仿、1，2-二氯乙烷，N-甲基吡咯烷酮、二硫化碳、甲苯和二甲苯中的一种或它们的混合物。

所述的阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、苄基-三乙烯基氯化铵中的一种或它们的混合物。

所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠中的一种或它们的混合物。

所述的两性离子表面活性剂为卵磷脂、氨基酸盐、烷基甜菜碱中的一种。

研究表明，由于聚苯乙烯极性低，电纺溶液电导率低，聚苯乙烯的电纺膜蓬松，通常黏附在收集屏上，取下过程中，容易导致分层，破坏纤维膜形态与完整性。与现有技术相比，本发明具有以下明显优点：

1.由于采用在聚苯乙烯溶液中加入添加剂的方法，提高了溶液的电导率，可使纤维膜均匀、致密，大幅度提高电纺膜的力学性能，且易从收集屏上取下。

2.离子型表面活性剂可作为相转移催化剂，因此，它还有利于PS纤维膜进一步功能化，如磺化或季铵盐化等。

3.本发明所使用的添加剂成本较低，用量少，能够大幅度提高聚苯乙烯电纺膜的实用性，促进PS超细纤维膜快速发展与推广应用。

附图说明

图1是用未经处理浓度为10％的PS溶液采用静电纺丝技术在收集屏上得到的产物的扫描电镜(SEM)图；

图2是按本发明实施例1所提供的技术方案制备得到的PS溶液采用静电纺丝技术在收集屏上得到的产物的SEM图；

图3是按本发明实施例2所提供的技术方案制备得到的PS溶液采用静电纺丝技术在收集屏上得到的产物的SEM图；

各图中标尺比例为1μm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

在本实施例中，选用添加剂为阴离子表面活性剂类十二烷基苯磺酸钠。

以普通PS为原料，溶剂为丁酮，PS含量为10％(w/w)，在温度70℃下搅拌，待PS充分溶解，得到均匀溶液。

在溶解好的PS溶液中加入与PS质量比为3％的十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌，直至完全溶解，得到本发明所述的聚苯乙烯静电纺丝溶液。

将上述溶液注入静电纺丝机的纺丝溶液容器内，纺丝温度为室温，高压电源的输出电压为13kV，接收屏与喷丝口之间距离12cm。静电纺丝过程稳定，收集屏(铝箔)上有均匀致密的白色纤维膜，且容易揭下。

采用上述相同的静电纺丝工艺，静电纺丝溶液为用丁酮为溶剂，PS含量10％(w/w)的常规聚苯乙烯，在收集屏上得到产物。

参见附图1、2，图1是用未经处理浓度为10％的PS溶液采用静电纺丝技术在收集屏上得到的产物的扫描电镜图；图2是按本实施例所提供的技术方案制备得到的PS溶液采用静电纺丝技术在收集屏上得到的产物的扫描电镜图；图中标尺比例为1μm。对比图1，由图2可以清楚地看到，收集到的物质为直径分布在1μm左右的PS超细纤维。

将上述不同电纺丝溶液纺丝后的产物分别进行力学性能测试，测试参照GB/T13022塑料薄膜拉伸性能试验方法，使用微机控制电子万能试验机测试PS纤维膜的拉伸性能，测试条件为拉伸速度2mm/min，纤维膜为宽度5mm，厚度0.11～0.13mm的样品，对比结果参见表1。结果表明，按本实施例技术方案提供的聚苯乙烯静电纺丝溶液经纺丝后所得的产物力学性能有了明显的提高。

实施例2：

在本实施例中，选用添加剂为阳离子表面活性剂类十六烷基三甲基溴化铵。以普通PS为原料，溶剂为四氢呋喃，PS含量为10％(w/w)，在温度70℃下搅拌，待PS充分溶解，得到均匀溶液。

在溶解好的PS溶液中加入与PS质量比为8％的十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌，直至完全溶解，得到本发明所述的聚苯乙烯静电纺丝溶液。

将上述溶液注入静电纺丝机的纺丝溶液容器内，纺丝温度为室温，高压电源的输出电压为10kV，接收屏与喷丝口之间距离12cm。静电纺丝过程稳定，收集屏(铝箔)上有均匀致密的白色纤维膜，且容易揭下。

参见附图3，图中标尺比例为1μm，由扫描电镜图可以清楚地看到，在接收屏上收集到的物质为直径分布在300nm左右的PS超细纤维。

将上述电纺丝溶液纺丝后的产物参照GB/T13022塑料薄膜拉伸性能试验方法，使用微机控制电子万能试验机进行拉伸性能测试，测试条件为拉伸速度2mm/min，纤维膜为宽度5mm，厚度0.11～0.13mm的样品，结果参见表1。结果表明，按本实施例技术方案提供的聚苯乙烯静电纺丝溶液经纺丝后所得的产物力学性能有了明显的提高。

由本实施例提供的静电纺丝溶液所得到的产物，纤维形态优良，尤其是纤维膜致密，力学性能好，易揭。事实证明，采用本发明所提供的技术方案，在普通PS溶液中加入一定量的添加剂，能控制纤维直径，明显提高聚苯乙烯电纺膜的致密性，尤其是可揭性。同时，纤维膜中含有添加剂可作为相转移催化剂，为PS纤维膜功能化提供便利，具有良好的应用前景。

表1：

样品来源	常规PS纤维膜	实施例1样品	实施例2样品
样品来源	常规PS纤维膜	实施例1样品	实施例2样品	平均拉伸断裂强度(MPa)	0.89	4.05	4.27

Claims

1.一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，其特征在于：它由聚苯乙烯、溶剂和添加剂组成，按质量计，聚苯乙烯为溶剂的3～50％，添加剂为聚苯乙烯的0.1～30％；所述的添加剂为：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，其特征在于：所述的溶剂为四氢呋喃、丁酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯仿、1，2-二氯乙烷，N-甲基吡咯烷酮、二硫化碳、甲苯和二甲苯中的一种或它们的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、苄基-三乙烯基氯化铵中的一种或它们的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，其特征在于：所述的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠中的一种或它们的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯静电纺丝溶液，其特征在于：所述的两性离子表面活性剂为卵磷脂、氨基酸盐、烷基甜菜碱中的一种。