CN101445963B - 一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法 - Google Patents

一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，包括：将聚合物溶解于有机溶剂，制备(2-60)质量％的均匀的纺丝溶液，将喷丝头的出口完全浸没于纺丝介质中，保证纤维固化过程处于液体纺丝介质中，纤维收集器可置于纺丝介质或空气介质中，纺丝介质温度为0℃-65℃，在1kV-200kV的静电压下纺丝溶液从浸没于纺丝介质中的喷丝孔中射出，形成射流并固化，收集。该方法提高了溶剂的回收率和循环利用率，有利于增加可纺聚合物种类，拓展静电纺丝超细纤维的应用领域，具有十分广阔的工业化应用前景。

Description

一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法
技术领域
本发明属静电纺丝领域，特别是涉及一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法。
背景技术
静电纺丝即是高聚物熔体或溶液在外加电场作用下连续生成直径在纳米至微米级超细纤维的过程。
目前已经公开得到静电纺丝方法主要为干法静电纺丝。其特点为：纺丝溶液的配制选用的溶剂多为挥发性有机溶剂，如丙酮、苯、二氯甲烷、DMF、DMAc等，纺丝过程中，以空气为纺丝介质，在一定的纺丝温度、一定的静电压以及一定的纺丝距离下，以接收板或旋转滚筒作为接收装置，通过纺丝体系发生相分离析出高聚物，不经任何凝固浴，直接收集所纺获得纤维，最后经洗涤去除溶剂并干燥后得最终纤维。而已经公开的湿法静电纺丝法的实质为干喷湿纺静电纺丝，即保持一定距离的空气介质干纺区，纤维纺入凝固浴中成纤，如CN 1712582A涉及的湿法纺丝技术。该方法的局限性在于其对纺丝溶液的溶剂有特定要求，不能具有挥发性。而采用传统方法静电纺丝过程中，一定毒性的有机溶剂挥发，一方面造成原料的浪费，另一方面有毒物质在空气中导致环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，该方法提高了溶剂的回收率和循环利用率，有利于增加可纺聚合物种类，拓展静电纺丝超细纤维的应用领域，具有十分广阔的工业化应用前景。
本发明的一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，包括：
将聚合物溶解于有机溶剂，制备(5-60)质量％的均匀的纺丝溶液，无空气干纺区，将喷丝头的出口完全浸没于液体纺丝介质中，保证纤维固化过程处于液体纺丝介质中，纤维收集器置于液体纺丝介质或空气介质中，液体纺丝介质温度为0℃-65℃，在1kV-200kV的静电压下纺丝溶液从浸没于液体纺丝介质中的喷丝孔中射出，形成射流并固化，收集获得超细纤维。
所述的聚合物为可成纤高聚物：聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)、二醋酸纤维素、聚丙烯腈纤维(PAN)或纤维素。
所述的有机溶剂易溶于纺丝介质，为CH3Cl、CH2Cl2，CHCl3，C2H4Cl2，丙酮、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或NMMO。
所述的纺丝介质为各种粘度的绝缘液体物质，并同时作为纺丝凝固浴，选自硅油，矿物油，食用油脂，戊烷、己烷，环己烷，庚烷，辛烷，壬烷，癸烷，十一烷，十二烷，戊烯、己烯，环己烯，庚烯，辛烯，壬烯，癸烯，十一烯，十二烯，苯，甲苯，二甲苯，乙苯，二乙苯，甲基乙苯，联苯，石蜡，氯化石蜡，二氯庚烷，三氯戊烷，氯化芳香烃或高级脂肪酸及其酯。
静电纺丝后，可选用与静电纺丝介质互溶，但不溶所纺聚合物的溶剂，洗涤除去静电纺丝纤维表面的纺丝介质。
纺丝过程中扩散到纺丝介质中的纺丝液溶剂，可通过对其分馏进行回收，步骤如下：
选择适当的热浴加热纺丝介质与溶剂混合物，使温度平稳上升，直至所有溶剂组分分馏，剩余纯净的纺丝介质；溶剂、液体纺丝介质均可循环利用。
适合湿法静电纺丝的液体纺丝介质具有如下特点：
(1)一般呈无色，且无味、无毒、不易挥发；
(2)具有良好的耐热性，在温度120℃时，仍保持热稳定性；
(3)具有很好的电绝缘性，在纺丝条件的静电作用下，几乎不产生电流，且随着溶剂混入，仍能保持良好的电绝缘性；
(4)室温下表面张力不高于100mN/m，有利于静电力克服表面张力，促使纤维成形。
本方法可以解决传统干法、干喷湿纺静电纺丝工艺中出现的问题，提高溶剂的回收率和循环利用率，同时，有利于增加可纺聚合物种类，拓展静电纺丝超细纤维的应用领域，本发明的湿法静电纺丝方法具有十分广阔的工业化应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取1g PHBV，将其溶解于9g CH3Cl中，充分搅拌，使其充分溶解，得到均匀的10％PHBV/CH3Cl纺丝溶液。
然后采用湿法静电纺丝法。喷丝孔直径为0.7mm，将喷丝口浸于100cs二甲基硅油纺丝介质中，将铝箔接收板置于纺丝介质中，保持接受距离10cm。纺丝介质温度25℃，静电压6kV下开始静电纺丝，即获得纤维连续的纤维毡。
静电纺丝获得纤维毡用乙酸乙酯做洗涤后处理，洗涤3-5次，用真空干燥箱干燥，最后获得纤维直径约20um的纤维毡。
将纺丝介质和溶剂混合液体进行常压分馏，收集70℃下馏分CH3Cl，剩余液体为二甲基硅油，纺丝介质和溶剂均可循环利用。
实施例2
称取1g二醋酸纤维素，将其溶解于9g丙酮中，充分搅拌，使其充分溶解，得到均匀的10％二醋酸纤维素/丙酮纺丝溶液。
然后采用湿法静电纺丝法。喷丝孔直径为0.7mm，将喷丝口浸于10cs三乙酸甘油酯纺丝介质中，将辊筒接受器置于纺丝介质中，保持接受距离10cm，辊筒转速500m/min。纺丝介质温度25℃，静电压10kV下开始静电纺丝，即获得纤维连续的纤维毡。
静电纺丝获得纤维毡用乙醇做洗涤后处理，洗涤3-5次，用真空干燥箱干燥，最后获得纤维直径约10um的纤维毡。
将纺丝介质和溶剂混合液体进行常压分馏，收集60℃下馏分丙酮，剩余液体为三乙酸甘油酯，纺丝介质和溶剂均可循环利用。
实施例3
称取1g PAN，将其溶解于9g DMF中，充分搅拌，使其充分溶解，得到均匀的10％PAN/DMF纺丝溶液。
然后采用湿法静电纺丝法。喷丝孔直径为1mm，将喷丝口倾斜向上45°浸于20cs纯净高级脂肪酸纺丝介质中，将辊筒接收器置于距纺丝介质上方5cm的空气中，保持总接受距离10cm，辊筒转速500m/min。纺丝介质温度25℃，静电压10kV下开始静电纺丝，即获得纤维连续的单丝。
静电纺丝获得纤维毡用乙醇做洗涤后处理，洗涤3-5次，用真空干燥箱干燥，最后获得纤维直径约10um的纤维毡。
将纺丝介质和溶剂混合液体进行减压分馏，收集160℃下馏分DMF，剩余液体为高级脂肪酸，纺丝介质和溶剂均可循环利用。

Claims (6)

1.一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，包括：
将聚合物溶解于有机溶剂，制备(2-60)质量％的均匀的纺丝溶液，无空气干纺区，将喷丝头的出口完全浸没于液体纺丝介质中，保证纤维固化过程处于液体纺丝介质中，纤维收集器置于液体纺丝介质或空气介质中，液体纺丝介质温度为0℃-65℃，在1kV-200kV的静电压下纺丝溶液从浸没于液体纺丝介质中的喷丝孔中射出，形成射流并固化，收集获得超细纤维。
2.根据权利要求1所述的一种所述的一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，其特征在于：所述的聚合物为可成纤高聚物：聚羟基丁酸戊酸共聚酯PHBV、二醋酸纤维素、聚丙烯腈纤维PAN或纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种所述的一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，其特征在于：所述的有机溶剂易溶于纺丝介质，为CH3Cl、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺DMF或NMMO。
4.根据权利要求1所述的一种所述的一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，其特征在于：所述的纺丝介质为硅油，矿物油，食用油脂，戊烷、己烷，环己烷，庚烷，辛烷，壬烷，癸烷，十一烷，十二烷，戊烯、己烯，环己烯，庚烯，辛烯，壬烯，癸烯，十一烯，十二烯，苯，甲苯，二甲苯，乙苯，二乙苯，甲基乙苯，联苯，石蜡，氯化石蜡，二氯庚烷，三氯戊烷，氯化芳香烃或高级脂肪酸及其酯。
5.根据权利要求1所述的一种所述的一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，其特征在于：静电纺丝后，选用与静电纺丝介质互溶，但不溶所纺聚合物的溶剂，洗涤除去静电纺丝纤维表面的纺丝介质。
6.根据权利要求1所述的一种所述的一种聚合物超细纤维湿法静电纺丝方法，其特征在于：静电纺丝过程中扩散到纺丝介质中的纺丝液溶剂，通过对其分馏，进行回收，溶剂、液体纺丝介质均可循环利用。
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