CN104562297B - 一种氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化钛‑氧化硅纳米纤维用静电纺丝胶液的制备方法，以钛酸四丁酯为钛源，制备出钛溶胶，然后加入正硅酸乙酯、纺丝助剂混合均匀，得到静电纺丝胶液。本发明提供的静电纺丝液纺丝性能好，稳定性好，采用环保型原料，制备过程中无有毒物质释放，反应条件温和，该静电纺丝液氧化钛、氧化硅粒径为真正上的纳米级，在静电纺丝液中的分散性好。
Description
技术领域：
本发明涉及静电纺丝技术领域，具体的涉及一种氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液的制备方法。
背景技术：
氧化钛作为光催化氧化催化剂，在紫外-可见光或近紫外-可见光的照射下，室温下就可以将多种有机污染物转化为二氧化碳和水。氧化钛作为绿色环保型光催化剂，已在水净化、空气净化、消毒抗菌、癌症治疗以及污染处理等领域中得到了广泛的研究和应用。氧化钛具有良好的化学稳定性，抗耐磨性，价格低，安全无毒，近几年来被广泛用于纺织领域。
氧化钛的晶型和晶粒尺寸对氧化钛的光催化活性有重要的影响。氧化钛有三种晶型(相)锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，几种晶相之间随着温度、颗粒大小的变化相互转化。作为光催化剂的氧化钛有锐钛矿相和金红石相，其中锐钛矿相催化活性较高，金红石相氧化钛表面吸附有机物及氧气的能力不如锐钛矿相，形成的光生电子和空穴易复合而导致催化活性下降。研究表明，纳米量级的氧化钛晶粒的光催化活性更高。
氧化钛纤维是一种具有多晶结构的陶瓷纤维材料，其直径一般在几至几十微米，由于其具有纳米尺度的晶粒，合适的晶相，较大的比表面积的气孔体积，使得其具有较高的催化性能，而且纤维的形状特点和蓬松结构，对光的利用效率高。目前，常用的氧化钛纤维的生产方法有钛酸盐脱碱法、浸渍法、溶胶-凝胶法等，但是这几种方法制备的氧化钛纤维，长度仅为微米级，有机物含量较高，得到的氧化钛纤维强度低。
中国专利(201310076806.4)一种氧化钛-氧化锆复合纤维的制备方法，其通过有机钛化合物、有机锆聚合物溶于有机溶剂中，减压蒸缩得到纺丝液，再通过离心甩丝法得到氧化钛-氧化钙复合纤维前驱体，在中高温热处理得到氧化锆-氧化钛纤维，该方法虽然能很好的提高纤维的机械性能，但是制备过程中，所用溶剂易挥发，而且反应条件苛刻，难以控制，成本高。
发明内容：
本发明的目的是提供一种氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液的制备方法，本发明提供的静电纺丝液纺丝性能好，稳定性好，采用环保型原料，制备过程中无有毒物质释放，反应条件温和，该静电纺丝液氧化钛、氧化硅粒径为真正上的纳米级，在静电纺丝液中的分散性好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝胶液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，边滴加边搅拌，滴加完毕后，升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，搅拌50-100min，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
作为上述技术方案的优选，所述离子液体的阳离子为吡啶类阳离子和/或季胺盐类阳离子，阴离子为氟离子和/或醋酸根离子。
作为上述技术方案的优选，其特征在于，步骤(1)中，钛酸四丁酯的添加量，以氧化钛计，占纺丝胶液质量比为9-12％。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，三乙胺的添加量，占纺丝液中氧化钛质量比为0.5-3％。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述有机硅溶胶粒径为20-30nm，其中氧化硅的含量为50-80％。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，有机硅的添加量，以氧化硅计，占纺丝液质量比为2-6％。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述的纺丝助剂为聚丙烯酰胺，其粒径为500-600目。
作为上述技术方案的优选，所得静电纺丝液的pH为5-8。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用离子液体作为溶剂，其不挥发，不具有燃烧性和爆炸性，是非常安全和环保的溶剂，很好的化学和热稳定性，而且可以很好的固定催化剂，易于化学产物进行分离；本发明利用钛酸四丁酯的缓慢水解并通过高温蒸馏来制备氧化钛，制备的氧化钛粒径为10-20nm，其比表面积大，光催化性能好，氧化硅的加入，可以限制晶粒边界迁移率，同时抑制晶体在高温下长大，使氧化钛的晶型受温度，稳定剂等外来因素的影响减弱，从而保证氧化钛稳定的光催化性能；
本发明提供的静电纺丝液的制备方法，反应条件温和，易控制，所使用原料都是环保型物质，价格低廉，成本低。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，其滴加速度为1mL/min，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将溶液升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，在500-1000转/分的状态下搅拌50-100min，之后在800-1000W的功率下超声振荡2-3h，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
实施例2
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，其滴加速度为1mL/min，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将溶液升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，在500-1000转/分的状态下搅拌50-100min，之后在800-1000W的功率下超声振荡2-3h，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
实施例3
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，其滴加速度为1mL/min，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将溶液升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，在500-1000转/分的状态下搅拌50-100min，之后在800-1000W的功率下超声振荡2-3h，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
实施例4
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，其滴加速度为1mL/min，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将溶液升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，在500-1000转/分的状态下搅拌50-100min，之后在800-1000W的功率下超声振荡2-3h，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
实施例5
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，其滴加速度为1mL/min，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将溶液升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，在500-1000转/分的状态下搅拌50-100min，之后在800-1000W的功率下超声振荡2-3h，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
实施例6
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，其滴加速度为1mL/min，边滴加边搅拌，滴加完毕后，将溶液升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，在500-1000转/分的状态下搅拌50-100min，之后在800-1000W的功率下超声振荡2-3h，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液。
下面对本发明提供的氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝胶液的性能进行测试。
(1)可纺性测试
用结构粘度△η来表示，其越大，纺丝液的可纺性越差，纤维成形越困难，纤维力学性能也越差。
表1
从表1来看，本发明提供的纺丝液的可纺性随温度变化不大，可纺性能稳定。
(2)将本发明提供的静电纺丝胶液制备成纤维进行力学性能测试，采用YC(B)026D-250型电子织物强力仪器测试。
表2
从表2来看，本发明提供的纺丝胶液制备的纤维断裂强度大，机械性能好。
Claims (2)
1.一种氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝胶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将离子液体置于500mL三口烧瓶中，开动搅拌机，在800-1000转/分的状态下，缓慢滴加钛酸四丁酯，边滴加边搅拌，滴加完毕后，升温至40-50℃，滴加三乙胺，滴加完毕后升温至120-180℃，通入带水的氮气，回流12-24h；
(2)回流结束后，降温至60-80℃，继续加入有机硅溶胶、纺丝助剂，搅拌50-100min，得到氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝液；
所述离子液体的阳离子为吡啶类阳离子和/或季胺盐类阳离子，阴离子为氟离子和/或醋酸根离子；
步骤(1)中，钛酸四丁酯的添加量，以氧化钛计，占纺丝胶液质量比为9-12％；
步骤(1)中，三乙胺的添加量，占纺丝液中氧化钛质量比为0.5-3％；
步骤(2)中，所述有机硅溶胶粒径为20-30nm，其中氧化硅的含量为50-80％；
步骤(2)中，有机硅的添加量，以氧化硅计，占纺丝液质量比为2-6％；
步骤(2)中，所述的纺丝助剂为聚丙烯酰胺，其粒径为500-600目。
2.如权利要求1所述的一种氧化钛-氧化硅纳米纤维用静电纺丝胶液的制备方法，其特征在于，所得静电纺丝液的pH为5-8。
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