CN104233828B - 一种纳米粒子固定在聚合物超细纤维表面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米粒子固定聚合物超细纤维表面的方法，其特点是将纳米粒子1～10份；分散剂100～1000份；功率200～1000w，超声分散1～2h，使纳米粒子均匀的分散在悬浮液A中；将聚合物超细纤维浸入上述纳米粒子的悬浮液A中，功率200～1000w，超声分散1～5h,将纳米粒子吸附在超细纤维的表面上；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于浓度为10^-5～10^-2L/L溶剂B的蒸汽氛围中，在温度为60～200℃处理2～5h，将纳米粒子固定在纤维的表面上；然后将表面固定有纳米粒子的超细纤维烘干，置于分散剂中，在功率200～1000w，超声清洗1～2h以除没被固定的纳米粒子，最后真空条件下烘干得到表面固定有纳米粒子的聚合物超细纤维。

Description

一种纳米粒子固定在聚合物超细纤维表面的方法

技术领域：

本发明涉及一种纳米粒子固定聚合物超细纤维表面的方法，属于纳米粒子固定聚合物复合材料领域。

背景技术：

纳米粒子物质以添加剂的形式广泛的应用于聚合物改性的领域，可以大大提高聚合物制品的物理性质，如导电性、导热、力学强度，以及聚合物的化学性质。目前最常用的纳米粒子改善聚合物性能的方法主要有两种：一种是直接将纳米粒子和聚合物共混，经过加工成型为塑料制品，该种方法所消耗的纳米粒子量大，有效利用的纳米粒子相对少；另一种方式是物理的沉积或者是吸附法，该种方法主要是将聚合物成型为塑料制品，然后通过将纳米粒子沉积或吸附的方法在制品表面，从而提高塑料制品的性能。该种方法主要的不足之处是纳米粒子与聚合物之间仅靠范德华力作用，作用力相当小，且容易脱落，最终导致随着塑料制品的应用时间加长，性能会有大幅度的下降。

聚合物超细纤维的研究是目前研究工作中的热点，由于其大的比表面积和特殊的结构得到广大研究员的关注。目前最常见的研究聚合物超细纤维的方法就是在纤维的基体中加入一些纳米粒子来改善纤维的性能，但是正如上述的情况，也面临的这两种方法带来的问题。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供了一种将纳米粒子固定在聚合物超细纤维表面的方法。其特点是将纳米粒子吸附在超细纤维表面，然后将纤维进行溶剂蒸汽处理，使纳米粒子固定在纤维表面，本发明区别于沉积或吸附法，该方法可以将纳米粒子牢固的固定于聚合物超细纤维的的表面，区别于传统的直接混合法，该方法可以减少纳米粒子的含量，且达到理想的改性效果。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

纳米粒子固定于聚合物超细纤维表面的方法包括以下步骤：

纳米粒子固定聚合物超细纤维表面的方法包括以下步骤：

(1)纳米粒子悬浮液A的制备

将纳米粒子1～10份；分散剂100～1000份；功率200～1000w，超声分散1～2h，使纳米粒子均匀分散在悬浮液A中；

(2)聚合物超细纤维吸附

将聚合物超细纤维浸入上述纳米粒子悬浮液A中，在功率200～1000w，超声1～5h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将纳米粒子吸附于超细纤维的表面上；

(3)聚合物超细纤维上纳米粒子的固定

将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于浓度为10^-5～10^-2L/L溶剂B蒸汽氛围中，于温度60～200℃处理2～5h，使得纤维表面的聚合物发生微溶，利用聚合物溶液的粘弹性和流动性将纳米粒子固定在纤维的表面上；

将表面固定有纳米粒子的超细纤维烘干，置于分散剂中，在功率200～1000w，超声清洗1～2h，以除没被固定的纳米粒子，然后在真空度0.06～0.09MPa，温度60～100℃烘干，得到表面固定有纳米粒子的聚合物超细纤维。

所述聚合物为聚氨酯、聚芳硫醚砜、聚芳硫醚砜酰胺、聚芳硫醚砜酰胺酰胺、聚醚砜和聚砜及其共聚物中的至少一种。

所述纳米粒子为银纳米粒子、金纳米粒子、碳纳米管、炭黑、石墨烯和AgCl粒子中的至少一种。

所述分散剂为去离子水、乙醇和甲醇中的至少一种；溶剂B为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中的至少一种。

纳米粒子固定聚合物超细纤维表面的方法制备得到的纳米粒子固定的聚合物超细纤维。

纳米粒子固定聚合物超细纤维用于催化剂，导热，导电，光学，生物医学或传感器领域。

性能测试

将上述纤维采用电子扫描电镜进行表征，表征结果处理后纤维表面含有大量的纳米粒子且随着清洗时间的增加，纳米粒子的量几乎没有明显的变化，详见图1～2所示。

本发明具有如下优点：

1.本发明设备简单，操作方便，成本低，对环境依赖性小。

2.本发明区别于沉积或吸附法，主要利用聚合物纤维表面在溶剂蒸汽氛围中微溶，引起粘弹性和流动性，将纳米粒子牢固的固定在超细纤维表面，从而达到稳定改善超细纤维的性能。

3.本发明区别于传统的直接混合法，可以利用少量的纳米粒子，即可达到理想的改善超细纤维性能的效果。

4.本发明是目前为止唯一的利用少量的纳米粒子来稳定的改善超细纤维性能的方法。

附图说明

图1a为高倍处理前的超细纤维形貌图

图1b为高倍处理后超细纤维的形貌图

图1c为高倍处理后且清洗后超细纤维的形貌图

图2a为高倍处理前的超细纤维形貌图

图2b为高倍处理后超细纤维的形貌图

图2c为高倍处理后且清洗后超细纤维的形貌图

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只有用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：表面固定纳米银的聚氨酯的超细纤维

将纳米银粒子3份分散在去离子水100份的悬浮液中，功率200w超声分散2h,使得纳米银粒子均匀的分散在去离子水悬浮液中；将聚氨酯超细纤维浸入上述分散了纳米银粒子的去离子水悬浮液中，功率300w，超声5h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将纳米银粒子吸附于超细纤维的表面；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于10^-3L/L的溶剂的N-甲基吡咯烷酮蒸汽氛围中，在温度为1O0℃的氛围内处理4个小时，使得纤维表面的聚氨酯发生微溶，利用聚氨酯溶液的粘弹性和流动性将纳米银粒子固定在纤维的表面；将表面固定有纳米银物质的超细纤维烘干，然后在去离子水中功率300w超声1h清洗以除去没被固定的纳米银，最后在真空度0.08MPa，温度80℃下烘干得到了表面固定了纳米银的聚氨酯超细纤维。

实施例2：表面固定纳米金的聚砜的超细纤维

将纳米金粒子1份分散在去离子水500份的悬浮液中，功率1000w超声分散1h,使得纳米金粒子均匀的分散在去离子水悬浮液中；将聚砜超细纤维浸入上述分散了纳米金粒子的去离子水悬浮液中，功率1000w，超声1h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将纳米金粒子吸附于超细纤维的表面；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于浓度为10^-2L/L的溶剂的N,N-二甲基甲酰胺蒸汽氛围中，在温度为1O0℃的氛围内处理2个小时，使得纤维表面的聚砜发生微溶，利用聚砜溶液的粘弹性和流动性将纳米金粒子固定在纤维的表面；将表面固定有纳米金粒子的超细纤维烘干，然后在去离子水中功率800w超声1.5h清洗以除去没被固定的纳米金，最后在真空度0.06MPa，温度60℃烘干得到了表面固定了纳米金的聚砜超细纤维。

实施例3：表面固定炭黑的聚芳硫醚砜的超细纤维

将炭黑10份分散在去离子水500份的悬浮液中，功率500w超声分散1.5h,使得纳米级的炭黑粒子均匀的分散在去离子水悬浮液中；将聚芳硫醚砜超细纤维浸入上述分散了炭黑的去离子水悬浮液中，功率500w，超声1h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将炭黑粒子吸附于超细纤维的表面；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于浓度为10^-5L/L溶剂的N,N-二甲基乙酰胺蒸汽氛围中，在温度为2O0℃的氛围内处理5个小时，使得纤维表面的聚芳硫醚砜发生微溶，利用聚芳硫醚砜溶液的粘弹性和流动性将炭黑固定在纤维的表面；将表面固定有炭黑粒子的超细纤维烘干，然后在去离子水中功率600w超声2h清洗以除去没被固定的炭黑，最后在真空度0.09MPa，温度60℃烘干得到了表面固定了炭黑的聚芳硫醚砜超细纤维。

实施例4：表面固定碳纳米管的聚醚砜的超细纤维

将碳纳米管3份分散在乙醇200份的悬浮液中，功率500w，超声分散2h,使得碳纳米管均匀的分散在乙醇悬浮液中；将聚醚砜超细纤维浸入上述分散了碳纳米管的乙醇悬浮液中，功率800w，超声5h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将碳纳米管吸附于超细纤维的表面；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于10^-2L/L溶剂的二甲亚砜蒸汽氛围中，在温度为60℃的氛围内处理4个小时，使得纤维表面的聚醚砜发生微溶，利用聚醚砜溶液的粘弹性和流动性将碳纳米管固定在纤维的表面；将表面固定有碳纳米管粒子的超细纤维烘干，然后在乙醇中功率600w，超声2h清洗以除去没被固定的碳纳米管，最后在真空度0.07MPa，温度70℃烘干得到表面固定了碳纳米管的聚醚砜超细纤维。

实施例5：表面固定AgCl纳米粒子的聚芳硫醚砜酰胺的超细纤维

将AgCl纳米粒子5份分散在甲醇1000份的悬浮液中，功率800W超声分散2h,使得AgCl纳米粒子均匀的分散在甲醇悬浮液中；将聚芳硫醚砜酰胺超细纤维浸入上述分散了AgCl纳米粒子的甲醇悬浮液中，功率1000w，超声5h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将AgCl纳米粒子吸附于超细纤维的表面；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于浓度为10^-4L/L的试剂的N-甲基吡咯烷酮蒸汽氛围中，在温度为150℃的氛围内处理4个小时，使得纤维表面的聚芳硫醚砜酰胺发生微溶，利用聚芳硫醚砜酰胺溶液的粘弹性和流动性将AgCl纳米粒子固定在纤维的表面；将表面固定有AgCl纳米粒子的超细纤维烘干，然后在甲醇中功率1000W超声1.5h清洗以除去没被固定的AgCl纳米粒子，最后在真空度0.07MPa，温度90℃烘干得到了表面固定了AgCl纳米粒子的聚芳硫醚砜酰胺超细纤维。

实施例6：表面固定石墨烯的聚芳硫醚砜酰胺酰胺的超细纤维

将石墨烯纳米粒子10份分散在乙醇1000份的悬浮液中，功率300W超声分散2h,使得石墨烯纳米粒子均匀的分散在乙醇悬浮液中；将聚芳硫醚砜酰胺酰胺超细纤维浸入上述分散了石墨烯纳米粒子的已醇悬浮液中，功率200w，超声5h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将石墨烯纳米粒子吸附于超细纤维的表面；将上述经物理吸附的聚合物超细纤维置于5×10^-3L/L的溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉酮蒸汽氛围中，在温度为150℃的氛围内处理5个小时，使得纤维表面的聚芳硫醚砜酰胺酰胺发生微溶，利用聚芳硫醚砜酰胺酰胺溶液的粘弹性和流动性将石墨烯纳米粒子固定在纤维的表面；将表面固定有石墨烯纳米粒子的超细纤维烘干，然后在乙醇中功率200W超声1.5h清洗以除去没被固定的石墨烯，最后在真空度0.08MPa，温度100℃烘干得到了表面固定了石墨烯纳米粒子的聚芳硫醚砜酰胺酰胺超细纤维。

应用实例1：将实施例6得到的表面固定了石墨烯的纳米粒子的聚芳硫醚砜酰胺酰胺超细纤维应用于导电材料，显著的提高聚芳硫醚砜酰胺酰胺超细纤维的导电性能，导电性能能提高100-1000倍。

应用实例2：将实施例4得到的表面固定了碳纳米管的聚醚砜超细纤维应用于导热材料，显著的提高聚醚砜超细纤维的导热性能。

Claims (3)

1.一种纳米粒子固定在聚合物超细纤维表面的方法，其特征在于该方法包括以下步骤，按重量份计：

(1)纳米粒子悬浮液A的制备

将纳米粒子1～10份；分散剂100～1000份；功率200～1000w，超声分散1～2h，使纳米粒子均匀分散在悬浮液A中；

(2)聚合物超细纤维吸附

将聚合物超细纤维浸入纳米粒子悬浮液A中，在功率200～1000w，超声振荡1～5h,利用聚合物超细纤维比表面大的特点，将纳米粒子吸附于超细纤维的表面上；

(3)聚合物超细纤维上纳米粒子的固定

将经物理吸附的聚合物超细纤维置于浓度为10^-5～10^-2L/L溶剂B蒸汽氛围中，于温度60～200℃处理2～5h，使得纤维表面的聚合物发生微溶，利用聚合物溶液的粘弹性和流动性将纳米粒子固定在纤维的表面上；

将表面固定有纳米粒子的超细纤维烘干，置于分散剂中，在功率200～1000w，超声清洗1～2h，以除去没被固定的纳米粒子，然后在真空度0.06～0.09MPa，温度60～100℃烘干，得到表面固定有纳米粒子的聚合物超细纤维；

其中，聚合物为聚氨酯、聚芳硫醚砜、聚芳硫醚砜酰胺、聚芳硫醚砜酰胺酰胺、聚醚砜和聚砜及其共聚物中的至少一种；

纳米粒子为银纳米粒子、金纳米粒子、碳纳米管、炭黑、石墨烯和AgCl粒子中的至少一种；

分散剂为去离子水、乙醇和甲醇中的至少一种；溶剂B为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中的至少一种。

2.按照权利要求1所述纳米粒子固定在聚合物超细纤维表面的方法制备得到的表面固定有纳米粒子的聚合物超细纤维。

3.权利要求2所述表面固定有纳米粒子的聚合物超细纤维用于催化剂，导热，导电，光学，生物医学或传感器领域。