CN101603245B - 一种高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：在60℃下将模板聚合物在溶剂中搅拌得到质量分数为5-30％的模板溶液；在常温下将有机硅或纳米二氧化硅与水以及无机酸混合得到硅源溶液；在常温下模板溶液与硅源溶液混合均匀得到电纺原液；在常温下将电纺原液进行静电纺丝得到复合纤维膜；将复合纤维膜放入马福炉中煅烧得到纳米二氧化硅纤维膜；将纳米二氧化硅纤维膜放到有机硅烃类化合物溶液中浸泡6-30h，然后真空干燥得到高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。该材料能在高温高压的恶劣环境中起到防污自清洁的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
现有的有机和无机的超疏水纳米纤维膜材料存在不耐高温和柔韧性差的缺陷。常见的有机纳米纤维膜材料如聚苯乙烯在温度高于100℃时就会发生变形，聚氧化乙烯在温度65℃时就开始软化变形，二者都存在不耐高温的弊病，给日常生活带来很多不便。而无机纳米纤维膜如氧化锌、氧化铝等虽可承受400℃以上的高温，但纤维膜的质地脆，柔韧性很差，无法实现弯曲变形，无法有效的在高温高压的恶劣环境中起到防污自清洁的功效。
发明内容
本发明的目的是提供一种高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，以解决上述疏水材料不耐高温、柔韧性差等问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在60℃下将模板聚合物用磁力搅拌器以50-2500rpm/min的转速在溶剂中搅拌12-30h得到质量分数为5-30％的模板溶液；
第二步：在常温下将有机硅或纳米二氧化硅与水以及10-20mol/L无机酸以质量比1∶0.5-2∶0.01混合，用磁力搅拌器以50-2500rpm/min的转速搅拌6-30h得到硅源溶液；
第三步：在常温下将第一步得到的模板溶液与第二步得到的硅源溶液以质量比1∶0.5-2混合均匀，用磁力搅拌器以50-2500rpm/min的转速搅拌12-24h，得到电纺原液；
第四步：在常温下将第三步得到的电纺原液在电纺原液流速为0.5-4mL/h、施加电压为10-50千伏、静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为5-25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
第五步：将第四步得到的复合纤维膜放入马福炉中，在400-1700℃下煅烧1-6h，得到纳米二氧化硅纤维膜；
第六步：将第五步得到的纳米二氧化硅纤维膜放到质量分数为1-3％的有机硅烃类化合物溶液中浸泡6-30h，然后置于80-100℃真空干燥箱中干燥1h，得到高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
第一步中的模板聚合物可为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、尼龙6、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚亚乙基亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚二苯胺、聚邻甲基苯胺、聚环氧氯丙烷、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚吡咯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙二醇、乳酸-羟基乙酸共聚物、聚氨酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚酯酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚、环氧树脂、聚硅氧烷、甲壳素、壳聚糖、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白、明胶、琼脂、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、角叉胶、藻酸钠和藻酸钙中的一种；第一步中的溶剂水可以替换为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、二氯甲烷、甲醇、乙醚、二甲基亚砜、苯、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1-二氯乙烷、三氯乙烷、2-甲氧基乙醇、1，1，2-三氯乙烯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2，3，4-四氢化萘、2-乙氧基乙醇、环丁砜、嘧啶、甲酰胺、正己烷、氯苯、二氧杂环己烷、乙腈、乙烯基乙二醇、甲苯、甲基环己烷、1，2-二氯乙烯、二甲苯、环己烷、N-甲基吡咯烷酮、戊烷、乙酸、苯甲醚、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、戊醇、乙酸丁酯、三丁甲基乙醚、乙酸异丙酯、甲乙酮、异丙基苯、乙酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸甲酯、3-甲基-1-丁醇、甲基异丁酮、2-甲基-1-丙醇、乙酸丙酯、1，1-二乙氧基丙烷、1，1-二甲氧基甲烷、2，2-二甲氧基丙烷、异辛烷、异丙醚、甲基异丙酮、甲基四氢呋喃、石油醚、三氯乙酸、三氟乙酸和吡啶中的一种，优选聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、尼龙6、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚丙烯腈、聚己内酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯或聚碳酸酯。
第一步中的溶剂可为水、乙醇、甲酸、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、二氯甲烷、甲醇、苯、甲乙酮、二甲基亚砜、四氯化碳或环己烷。
所述第二步中的有机硅可为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷。
所述第二步中的无机酸可为磷酸、硫酸、盐酸、醋酸或硝酸。
所述第六步中的有机硅烃类化合物可为十三氟辛基三乙氧基、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、乙酰氧基三甲基硅烷、苄基二甲基氯硅烷、苄基三氯硅烷、苄基三乙氧基硅烷、二(二甲氨基)二甲基硅、双(二甲基氨基)二甲基硅烷、1，3-双三氟丙基-1，1，3，3-四甲基二硅代氧烷、叔丁基三甲基氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、二氯异丁基甲基硅烷、正丁基三氯硅烷、叔丁基三氯硅烷、丁基三甲氧基硅烷、环己基二甲基氯硅烷、甲基二氯环己基硅烷、甲基环己基二甲氧基硅烷、环乙基三氯硅烷、氰基己基三甲氧基硅烷、3-氯环戊基硅烷、环戊烷三甲氧基硅烷、癸基二甲基氯硅烷、癸基三氯硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、二丁基二氯化硅、廿二烷基三氯硅烷或全氟十二烷基三氯硅烷中，优选十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、乙酰氧基三甲基硅烷、苄基二甲基氯硅烷、苄基三氯硅烷、苄基三乙氧基硅烷、叔丁基三甲基氯硅烷、二氯异丁基甲基硅烷、正丁基三氯硅烷、环乙基三氯硅烷、3-氯环戊基硅烷或二丁基二氯化硅。
第六步中的有机硅烃类化合物溶液中的溶剂可为正己烷、乙醇、甲酸、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、二氯甲烷、甲醇、乙醚、二甲基亚砜、苯、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、1，1-二氯乙烷、三氯乙烷、2-甲氧基乙醇、1，1，2-三氯乙烯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2，3，4-四氢化萘、2-乙氧基乙醇、环丁砜、嘧啶、甲酰胺、氯苯、二氧杂环己烷、乙腈、乙烯基乙二醇、甲苯、甲基环己烷、1，2-二氯乙烯、二甲苯、环己烷、N-甲基吡咯烷酮、戊烷、乙酸、苯甲醚、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、戊醇、乙酸丁酯、三丁甲基乙醚、乙酸异丙酯、甲乙酮、异丙基苯、乙酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸甲酯、3-甲基-1-丁醇、甲基异丁酮、2-甲基-1-丙醇、乙酸丙酯、1，1-二乙氧基丙烷、1，1-二甲氧基甲烷、2，2-二甲氧基丙烷、异辛烷、异丙醚、甲基异丙酮、甲基四氢呋喃、石油醚、三氯乙酸、三氟乙酸或吡啶；优选正己烷、乙醇、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氯化碳、嘧啶、二甲苯、环己烷、甲乙酮或乙酸甲酯。
本发明与现有技术相比，优点如下：
(1)本发明高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，其制造的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜具有良好的柔韧性，可以自由的弯曲和卷绕而不破坏其自身结构；
(2)本发明高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，高柔韧超疏水耐高温纳米无机二氧化硅纤维膜具有很好的耐高温性能，在马福炉温度450℃下煅烧2h后仍具有很好的柔韧性；
(3)本发明高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，高柔韧超疏水耐高温纳米无机二氧化硅纤维膜具有很好的疏水性和疏油性，其对水珠的平均静态接触角达到158°，对油滴的平均静态接触角达到148°；
(4)本发明高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，具有制备方法简单，成本低，且产率较高好的优点。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)在60℃下将15g聚乙烯醇固体(平均分子量为86000)加入35g去离子水中，用磁力搅拌器以50rpm/min的转速搅拌12h，得到质量分数为30％的聚乙烯醇溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四乙氧基硅烷、水、10mol/L磷酸各10g、20g、0.1g，将四乙氧基硅烷与水以及10mol/L磷酸以1∶2∶0.01的质量比，将固体混合均匀用磁力搅拌器以700rpm/min的转速搅拌6h，得到四乙氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚乙烯醇和四乙氧基硅烷溶液10g、5g，以1∶0.5的质量比将两种溶液混合，在磁力搅拌器下以900rpm/min的转速搅拌24h，得到电纺原液；
(4)在常温下，取10g电纺原液在0.5mL/h的溶液流速，施加电压50千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为5厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度800℃下煅烧1h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的十三氟辛基三甲氧基硅烷的正己烷溶液15h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度80℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为186纳米、对水珠的静态接触角为154°、对油的静态接触角为143°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例2
(1)在60℃下将2.5g聚乙烯吡咯烷酮固体(平均分子量为58000)加入47.5g质量分数95％的乙醇中，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌30h，得到质量分数为5％的聚乙烯吡咯烷酮溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四甲氧基硅烷、水、11mol/L硫酸各5g、2.5g、0.05g，将四甲氧基硅烷与水以及11mol/L硫酸以1∶0.5∶0.01的质量比混合均匀用磁力搅拌器以50rpm/min的转速搅拌30h，得到四甲氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚乙烯吡咯烷酮和四甲氧基硅烷溶液5g、10g，以1∶2的质量比用磁力搅拌器以50rpm/min的转速搅拌12h，得到电纺溶液；
(4)在常温下，取5g电纺溶液在溶液流速为4mL/h，施加电压30千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为20厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度1700℃下煅烧1h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入含有十七氟癸基三甲氧基硅烷质量分数为2％的乙醇溶液中6h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度100℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为240纳米、对水珠的静态接触角为155°、对油的静态接触角为146°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例3
(1)在60℃下，将6g聚醋酸乙烯酯(平均分子量为50000)加入44g四氢呋喃中，用磁力搅拌器以400rpm/min的转速搅拌16h，得到质量分数为12％的聚醋酸乙烯酯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取粒径为50纳米的二氧化硅纳米粒子、水、20mol/L盐酸各5g、7.5g、0.05g，将粒径为50纳米的二氧化硅纳米粒子与水以及20mol/L盐酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到二氧化硅溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚醋酸乙烯酯和二氧化硅溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在2mL/h的溶液流速，施加电压10千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为3％的十三氟辛基三乙氧基硅烷的四氢呋喃溶液中30h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为620纳米、对水珠的静态接触角为156°、对油的静态接触角为149°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例4
(1)在60℃下，将8g聚氧化乙烯(平均分子量为486000)加入42g氯仿中，用磁力搅拌器以450rpm/min的转速搅拌15h，得到质量分数为16％的聚氧化乙烯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四丁氧基硅烷、水、15mol/L醋酸各5g、7.5g、0.05g，将四丙氧基硅烷与水以及15mol/L醋酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到四丁氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚氧化乙烯和四丁氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在2mL/h的溶液流速，施加电压30千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为2％的十七氟癸基三乙氧基硅烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液中25h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为610纳米、对水珠的静态接触角为157°、对油的静态接触角为147°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例5
(1)在60℃下，将6g聚丙烯酸(平均分子量为250000)加入44g甲酸中，用磁力搅拌器以500rpm/min的转速搅拌24h，得到质量分数为12％的聚丙烯酸溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取二甲基二甲氧基硅烷、水、16mol/L硝酸各5g、7.5g、0.05g，将二甲基二甲氧基硅烷与水以及16mol/L硝酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到二甲基二甲氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚丙烯酸和二甲基二甲氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在3mL/h的溶液流速，施加电压10千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为23厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的乙酰氧基三甲基硅烷的N，N-二甲基乙酰胺溶液中25h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为625纳米、对水珠的静态接触角为159°、对油的静态接触角为146°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例6
(1)在60℃下，将5g尼龙6(平均分子量为17000)加入45g苯中，用磁力搅拌器以1400rpm/min的转速搅拌18h，得到质量分数为10％的尼龙6溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取二甲基二乙氧基硅烷、水、14mol/L磷酸各5g、7.5g、0.05g，将二甲基二乙氧基硅烷与水以及14mol/L磷酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2400rpm/min的转速搅拌28h，得到二甲基二乙氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取尼龙6和二甲基二乙氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2400rpm/min的转速搅拌22h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取5g纺丝原液在3mL/h的溶液流速，施加电压10千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为20厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的苄基二甲基氯硅烷的二氯甲烷溶液中30h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为615纳米、对水珠的静态接触角为154°、对油的静态接触角为146°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例7
(1)在60℃下，将4g聚苯乙烯(平均分子量为100000)加入46g丙酮中，用磁力搅拌器以500rpm/min的转速搅拌15h，得到质量分数为8％的聚苯乙烯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四丙氧基硅烷、水、12mol/L盐酸各5g、7.5g、0.05g，将四丙氧基硅烷与水以及12mol/L盐酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2300rpm/min的转速搅拌22h，得到四丙氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚苯乙烯和四丙氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取7g纺丝原液在4mL/h的溶液流速，施加电压20千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的苄基三氯硅烷的嘧啶溶液中26h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为622纳米、对水珠的静态接触角为155°、对油的静态接触角为145°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例8
(1)在60℃下，将6g聚甲基丙烯酸甲酯(平均分子量为1000000)加入44g四氯化碳中，用磁力搅拌器以500rpm/min的转速搅拌24h，得到质量分数为12％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取二甲基二甲氧基硅烷、水、16mol/L硝酸各5g、7.5g、0.05g，将二甲基二甲氧基硅烷与水以及16mol/L硝酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到二甲基二甲氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚甲基丙烯酸甲酯和二甲基二甲氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在3mL/h的溶液流速，施加电压10千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为23厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的苄基三乙氧基硅烷的甲醇溶液中25h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为625纳米、对水珠的静态接触角为159°、对油的静态接触角为146°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例9
(1)在60℃下，将8g聚苯胺(平均分子量为100000)加入42g N，N-二甲基乙酰胺中，用磁力搅拌器以450rpm/min的转速搅拌15h，得到质量分数为16％的聚苯胺溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四丁氧基硅烷、水、15mol/L醋酸各5g、7.5g、0.05g，将四丙氧基硅烷与水以及15mol/L醋酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到四丁氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚苯胺和四丁氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在2mL/h的溶液流速，施加电压30千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为2％的叔丁基三甲基氯硅烷的氯仿溶液中25h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为610纳米、对水珠的静态接触角为157°、对油的静态接触角为147°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例10
(1)在60℃下，将6g聚丙烯腈(平均分子量为50000)加入44g二氯甲烷中，用磁力搅拌器以400rpm/min的转速搅拌16h，得到质量分数为12％的聚丙烯腈溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取粒径为50纳米的二氧化硅纳米粒子、水、20mol/L盐酸各5g、7.5g、0.05g，将粒径为50纳米的二氧化硅纳米粒子与水以及20mol/L盐酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到二氧化硅溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚丙烯腈和二氧化硅溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在2mL/h的溶液流速，施加电压10千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为3％的二氯异丁基甲基硅烷的四氯化碳溶液中30h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为620纳米、对水珠的静态接触角为156°、对油的静态接触角为149°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例11
(1)在60℃下将15g聚己内酯固体(平均分子量为200000)加入35g甲乙酮中，用磁力搅拌器以50rpm/min的转速搅拌12h，得到质量分数为30％的聚己内酯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四乙氧基硅烷、水、10mol/L磷酸各10g、20g、0.1g，将四乙氧基硅烷与水以及10mol/L磷酸以1∶2∶0.01的质量比，将固体混合均匀用磁力搅拌器以700rpm/min的转速搅拌6h，得到四乙氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚己内酯和四乙氧基硅烷溶液10g、5g，以1∶0.5的质量比将两种溶液混合，在磁力搅拌器下以900rpm/min的转速搅拌24h，得到电纺原液；
(4)在常温下，取10g电纺原液在0.5mL/h的溶液流速，施加电压50千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为5厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度800℃下煅烧1h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的正丁基三氯硅烷的环己烷溶液15h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度80℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为186纳米、对水珠的静态接触角为154°、对油的静态接触角为143°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例12
(1)在60℃下将15g聚乳酸固体(平均分子量为150000)加入35g乙醚中，用磁力搅拌器以50rpm/min的转速搅拌12h，得到质量分数为30％的聚乳酸溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四乙氧基硅烷、水、10mol/L磷酸各10g、20g、0.1g，将四乙氧基硅烷与水以及10mol/L磷酸以1∶2∶0.01的质量比，将固体混合均匀用磁力搅拌器以700rpm/min的转速搅拌6h，得到四乙氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚乳酸和四乙氧基硅烷溶液10g、5g，以1∶0.5的质量比将两种溶液混合，在磁力搅拌器下以900rpm/min的转速搅拌24h，得到电纺原液；
(4)在常温下，取10g电纺原液在0.5mL/h的溶液流速，施加电压50千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为5厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度800℃下煅烧1h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的二丁基二氯化硅的二甲苯溶液15h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度80℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为184纳米、对水珠的静态接触角为154°、对油的静态接触角为143°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例13
(1)在60℃下将15g聚偏氟乙烯固体(平均分子量为90000)加入35g二甲基亚砜中，用磁力搅拌器以50rpm/min的转速搅拌12h，得到质量分数为30％的聚偏氟乙烯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取四乙氧基硅烷、水、10mol/L磷酸各10g、20g、0.1g，将四乙氧基硅烷与水以及10mol/L磷酸以1∶2∶0.01的质量比，将固体混合均匀用磁力搅拌器以700rpm/min的转速搅拌6h，得到四乙氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚偏氟乙烯和四乙氧基硅烷溶液10g、5g，以1∶0.5的质量比将两种溶液混合，在磁力搅拌器下以900rpm/min的转速搅拌24h，得到电纺原液；
(4)在常温下，取10g电纺原液在0.5mL/h的溶液流速，施加电压50千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为5厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度800℃下煅烧1h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的环乙基三氯硅烷的乙酸甲酯溶液15h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度80℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为189纳米、对水珠的静态接触角为154°、对油的静态接触角为143°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
实施例14
(1)在60℃下，将6g聚碳酸酯(平均分子量为250000)加入44g环己烷中，用磁力搅拌器以500rpm/min的转速搅拌24h，得到质量分数为12％的聚碳酸酯溶液；
(2)在常温下，用分析天平称取二甲基二甲氧基硅烷、水、16mol/L硝酸各5g、7.5g、0.05g，将二甲基二甲氧基硅烷与水以及16mol/L硝酸以1∶1.5∶0.01的质量比，将固体混合均匀在磁力搅拌器下以2500rpm/min的转速搅拌25h，得到二甲基二甲氧基硅烷溶液；
(3)在常温下，分别用分析天平称取聚碳酸酯和二甲基二甲氧基硅烷溶液5g、5g，以1∶1的质量比将两种溶液混合，用磁力搅拌器以2500rpm/min的转速搅拌20h，得到纺丝原液；
(4)在常温下，取6g纺丝原液在3mL/h的溶液流速，施加电压10千伏，静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为23厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
(5)将复合纤维膜放入马福炉，在温度400℃下煅烧6h，马福炉的升温速度为5℃/min，即得到纳米二氧化硅纤维膜；
(6)将纳米二氧化硅纤维膜浸入质量分数为1％的3-氯环戊基硅烷的甲乙酮溶液中25h，之后放入真空干燥箱在真空度为-0.1MPa、温度90℃下干燥1h，即得到经测试纤维的平均直径为625纳米、对水珠的静态接触角为159°、对油的静态接触角为146°、可自由的弯曲和卷绕、经过温度450℃的高温处理后依然具有较好的疏水性、疏油性和柔韧性的高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
Claims (7)
1.一种高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在60℃下将模板聚合物用磁力搅拌器以50-2500rpm/min的转速在溶剂中搅拌12-30h得到质量分数为5-30％的模板溶液；
第二步：在常温下将有机硅或纳米二氧化硅与水以及10-20mol/L无机酸以质量比1∶0.5-2∶0.01混合，用磁力搅拌器以50-2500rpm/min的转速搅拌6-30h得到硅源溶液；
第三步：在常温下将第一步得到的模板溶液与第二步得到的硅源溶液以质量比1∶0.5-2混合均匀，用磁力搅拌器以50-2500rpm/min的转速搅拌12-24h，得到电纺原液；
第四步：在常温下将第三步得到的电纺原液在电纺原液流速为0.5-4mL/h、施加电压为10-50千伏、静电纺丝装置的喷丝头到接收装置的距离为5-25厘米的条件下进行静电纺丝，得到复合纤维膜；
第五步：将第四步得到的复合纤维膜放入马福炉中，在400-1700℃下煅烧1-6h，得到纳米二氧化硅纤维膜；
第六步：将第五步得到的纳米二氧化硅纤维膜放到质量分数为1-3％的有机硅烃类化合物溶液中浸泡6-30h，然后置于80-100℃真空干燥箱中干燥1h，得到高柔韧超疏水耐高温纳米二氧化硅纤维膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步中的模板聚合物为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、尼龙6、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚丙烯腈、聚己内酯、聚乳酸、聚偏氟乙烯或聚碳酸酯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步中的溶剂为水、乙醇、甲酸、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、二氯甲烷、甲醇、苯、甲乙酮、二甲基亚砜、四氯化碳或环己烷。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二步中的有机硅为四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二步中的无机酸为磷酸、硫酸、盐酸、醋酸或硝酸。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第六步中的有机硅烃类化合物为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、乙酰氧基三甲基硅烷、苄基二甲基氯硅烷、苄基三氯硅烷、苄基三乙氧基硅烷、叔丁基三甲基氯硅烷、二氯异丁基甲基硅烷、正丁基三氯硅烷、环乙基三氯硅烷、3-氯环戊基硅烷或二丁基二氯化硅。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第六步中的有机硅烃类化合物溶液中的溶剂为正己烷、乙醇、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、氯仿、二氯甲烷、甲醇、四氯化碳、嘧啶、二甲苯、环己烷、甲乙酮或乙酸甲酯。
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Granted publication date: 20101201 Termination date: 20180706 |
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