CN104195746A - 静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法 - Google Patents

Abstract

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，它涉及一种薄膜的制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的主要目的是克服现有方法PS成膜难、采用静电纺丝法制备的薄膜难以同时提高疏水性和拉伸性能技术问题。方法如下：将聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置数小时后，即得电纺溶液；在正极与负极之间的距离为10～25cm、接收极转速为20～100rpm、电压为10～30kV的条件下静电纺丝2～8小时，即得双股纤维薄膜。本发明公开的方法，可环保、高效地实现双股纤维薄膜的制备。采用本发明方法制备的双股纤维薄膜的拉伸强度可达0.4Mpa，接触角为135°～147°。

Description

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜的制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

聚苯乙烯(PS)是一种传统的工业塑料，由于其易加工、无色透明、良好的疏水和机械特性而被广泛地应用，也成为超疏水材料的选择之一。然而，传统成膜方法制备出的PS薄膜脆性高，性能不易调控，因而限制了其应用范围。在众多的聚合物薄膜制备方法中，静电纺丝技术是现今最简单、高效且环保的方法之一。静电纺丝法制备出的一维纳米尺度材料具有高比表面积、大长径比、交联网状结构等特点，使材料在化学、力学等方面具有诱人的应用前景。现阶段，静电纺丝技术制备PS纤维薄膜的研究日益增多，电纺PS薄膜的应用已初具规模。但所制备的PS纤维形态还不够全面，纤维的机械性能还达不到要求，因而如何同时提高电纺PS纤维的疏水性和机械性能也是限制电纺PS薄膜成为高性能超疏水薄膜材料的难题之一。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有方法PS成膜难、采用静电纺丝法制备的薄膜难以同时提高疏水性和拉伸性能的技术问题，公开了一种静电纺丝法制备双股纤维薄膜的制备方法。静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在60～100℃干燥2～5小时；

二、将二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯及氯仿中的一种或任意两种配制为溶剂，然后将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌6～24小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置2～4小时后，即得质量浓度为10～50％的电纺溶液；

三、在正极与负极之间的距离为10～25cm、接收极转速为20～100rpm、电压为10～30kV的条件下静电纺丝2～8小时，即得双股纤维薄膜。

本发明公开的方法，可环保、高效地实现双股纤维薄膜的制备，对比现有技术，所得薄膜具有以下优点：1、采用环保高效的静电纺技术解决了PS成膜难、性能不易控制的难题；2、制备出具有特殊结构的PS纤维，赋予了电纺PS薄膜更优异的使用性能；3、进一步提高了PS材料的疏水性能，使其可以被用作超疏水材料；4、同时提高了PS薄膜的机械性能，尤其是显著增强了其拉伸强度。本发明所公布的双股纤维薄膜制备方法，电纺液配置快，制备工艺简单，同时也大大地增加了PS的应用范围和使用前景，所得到的静电纺丝产品可应用于制备疏水材料、防水服的领域。采用本发明方法制备的双股纤维薄膜的拉伸强度可达0.4Mpa，接触角为135°～147°。

附图说明

图1是实验一中静电纺丝装置示意图，图中1表示注射器；2表示电纺溶液；3表示注射针头；4表示铝箔；5表示推动装置；

图2是实验一中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图3是实验一中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图4是实验二中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图5是实验二中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图6是实验三中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图7是实验三中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图8是实验四中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图9是实验四中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图10是实验五中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图11是实验五中制备的双股纤维薄膜的电镜照片；

图12是实验三至实验五制备的双股纤维薄膜的应力应变曲线，图中a表示实验三制备的双股纤维薄膜的应力应变曲线，b表示实验四制备的双股纤维薄膜的应力应变曲线，c表示实验五制备的双股纤维薄膜的应力应变曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在60～100℃干燥2～5小时；

二、将二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯及氯仿中的一种或任意两种配制为溶剂，然后将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌6～24小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置2～4小时后，即得质量浓度为10～50％的电纺溶液；

三、在正极与负极之间的距离为10～25cm、接收极转速为20～100rpm、电压为10～30kV的条件下静电纺丝2～8小时，即得双股纤维薄膜。

本实施方式步骤二中所述的溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯及氯仿中的任意两种配制成的时候，各成分间为任意比。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为75～50﹕25～50。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为50﹕50。其它与具体实施方式一或二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为75﹕25。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中在正极与负极之间的距离为10cm、接收极转速为20rpm、电压为10kV的条件下静电纺丝2小时。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中在正极与负极之间的距离为12cm、接收极转速为30rpm、电压为15kV的条件下静电纺丝3小时。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中在正极与负极之间的距离为20cm、接收极转速为40rpm、电压为20kV的条件下静电纺丝4小时。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中在正极与负极之间的距离为25cm、接收极转速为50rpm、电压为30kV的条件下静电纺丝5小时。其它与具体实施方式一至七之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在60℃干燥2小时；

二、将二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，然后将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌6小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置2小时后，即得质量浓度为10％的电纺溶液；

三、将电纺溶液置于2ml医用注射器中，注射器顶部连接喷射针头，管口内径为0.4mm，在正极与负极之间的距离为10cm、接收极转速为20rpm、电压为10kV的条件下静电纺丝2小时，于长为240mm、宽为150mm的铝箔上得双股纤维薄膜。

实验二：

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在70℃干燥3小时；

二、将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌10小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置3小时后，即得质量浓度为20％的电纺溶液；

三、将电纺溶液置于15ml医用注射器中，注射器顶部连接喷射针头，管口内径为0.4mm，在正极与负极之间的距离为15cm、接收极转速为30rpm、电压为15kV的条件下静电纺丝3小时，于长为240mm、宽为150mm的铝箔上得双股纤维薄膜。

步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为75﹕25。

实验三：

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在80℃干燥4小时；

二、将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌6小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置4小时后，即得质量浓度为30％的电纺溶液；

三、将电纺溶液置于2～25ml医用注射器中，注射器顶部连接喷射针头，管口内径为0.4mm，在正极与负极之间的距离为20cm、接收极转速为40rpm、电压为20kV的条件下静电纺丝4小时，于长为240mm、宽为150mm的铝箔上得双股纤维薄膜。

步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为50﹕50。

实验四：

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在90℃干燥5小时；

二、将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌8小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置4小时后，即得质量浓度为50％的电纺溶液；

三、将电纺溶液置于25ml医用注射器中，注射器顶部连接喷射针头，管口内径为0.4mm，在正极与负极之间的距离为25cm、接收极转速为100rpm、电压为30kV的条件下静电纺丝8小时，于长为240mm、宽为150mm的铝箔上得双股纤维薄膜。

步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为25﹕75。

实验五：

静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在100℃干燥5小时；

二、将四氢呋喃(THF)作为溶剂，然后将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌24小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置4小时后，即得质量浓度为50％的电纺溶液；

三、将电纺溶液置于20ml医用注射器中，注射器顶部连接喷射针头，管口内径为0.4mm，在正极与负极之间的距离为22cm、接收极转速为900rpm、电压为28kV的条件下静电纺丝8小时，于长为240mm、宽为150mm的铝箔上得双股纤维薄膜。

将实验一至实验五制备的双股纤维薄膜进行了水接触角测试，结果如表1所示。由表中可看出，未加入THF时，即珠状结构存在时的接触角最大，为147°；而THF的添加量为25％和50％时的接触角则相差较小，分别为144°和143°，与珠结构接触角仅相差3°和4°，说明珠结构到粗糙双股纤维的转变，并没有对其接触角产生较大影响；随着THF添加量逐渐增多，即光滑双股纤维出现，接触角下降较为明显，纤维薄膜的疏水性能有所下降。从接触角的测量结果可知，粗糙双股纤维的产生，并未过多的降低其疏水性能。

为了考察该结构纤维的机械性能，对双股结构纤维薄膜进行了拉伸实验。从图12中可以看出，溶剂DMF﹕THF的质量比为50﹕50时，静电纺出的粗糙双股纤维薄膜(实验二制备的双股纤维薄膜)强度高达1.5MPa；而带有少量串珠结构(实验四制备的双股纤维薄膜)和光滑双股纤维结构(实验二制备的双股纤维薄膜)的拉伸强度则分别为0.4MPa和0.1MPa。从该拉伸实验的结果可知，粗糙双股结构纤维薄膜的拉伸强度要远高于其他结构纤维。

Claims (8)

1.静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法如下：

一、将聚苯乙烯颗粒在60～100℃干燥2～5小时；

二、将二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯及氯仿中的一种或任意两种配制为溶剂，然后将步骤一经过干燥的聚苯乙烯颗粒加入到溶剂中，密封，并在室温下磁力搅拌6～24小时，直至得到均匀透明溶液，然后在室温静置2～4小时后，即得质量浓度为10～50％的电纺溶液；

三、在正极与负极之间的距离为10～25cm、接收极转速为20～100rpm、电压为10～30kV的条件下静电纺丝2～8小时，即得双股纤维薄膜。

2.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为75～50﹕25～50。

3.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为50﹕50。

4.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中所述的溶剂由二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成，其中二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为75﹕25。

5.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤三中在正极与负极之间的距离为10cm、接收极转速为20rpm、电压为10kV的条件下静电纺丝2小时。

6.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤三中在正极与负极之间的距离为12cm、接收极转速为30rpm、电压为15kV的条件下静电纺丝3小时。

7.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤三中在正极与负极之间的距离为20cm、接收极转速为40rpm、电压为20kV的条件下静电纺丝4小时。

8.根据权利要求1所述静电纺丝法制备双股纤维薄膜的方法，其特征在于步骤三中在正极与负极之间的距离为25cm、接收极转速为50rpm、电压为30kV的条件下静电纺丝5小时。