CN104928804B - 一种聚合物纳米纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚合物纳米纤维的制备方法，本发明涉及纤维的制备方法。本发明要解决现有方法制备纳米纤维存在成型后的高性能聚合物很难进行再次深加工，大部分聚合物纤维生产线上的不合格纤维被弃置或者用作低档次填料使用，无法体现高性能聚合物的利用价值的技术问题。方法：一、制备聚合物初生纤维；二、超声处理；三、过滤。本发明采用极性溶剂溶胀、超声剥离相结合的方式将聚合物制备成长径比高，比表面积大的高性能聚合物纳米纤维。本发明用于制备高性能聚合物纳米纤维。
Description
技术领域
本发明涉及纤维的制备方法。
背景技术
高性能聚合物纤维如芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维、聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑)纤维、超高分子量聚乙烯纤维等具有高强、高模、低密度、耐高温等优点，在力学防护、耐热产业纺织品和纤维增强材料领域有着广泛的应用。近年来，在其他领域如电绝缘材料、卫星探测、汽车工业和深海油田开发等方面，高性能聚合物纤维的需求正在突飞猛进的增长中。聚合物纤维作为高速列车车体不仅可减轻车身质量，还可以使车身强度增加；利用聚合物纤维耐化学腐蚀性，可制成各种耐腐蚀防护服；在宇航方面为减轻有限的负担，聚合物纤维适合于做宇宙空间使用的扣子、带子等；还可用作耐热性探测气球的材料；在体育竞技赛艇用帆方面主要用高强高模纤维制成的片状薄板式材料制作，为使帆布在受到风吹时具有最小限度的变形程度，就必须寻求模量最高的聚合物纤维来制作赛艇用帆；鉴于聚合物纤维优良的力学性能，它们也是制造高尔夫球杆、网球拍、滑雪杖、滑雪板、冲浪板、射箭弓弦、自行车赛车最好的材料。
性能聚合物纤维性能突出，但其价格也非常昂贵，比如素有纤维之王美誉的PBO纤维则高达4000元/公斤。但是，在实际生产中，由于成品率的限制，存在很多的纺丝液废液与废丝，其回收利用意义重大。但是因为成型后的高性能聚合物很难进行再次深加工，大部分聚合物纤维生产线上的不合格纤维被弃置或者用作低档次填料使用，无法体现高性能聚合物的利用价值。
发明内容
本发明要解决现有方法制备纳米纤维存在成型后的高性能聚合物很难进行再次深加工，大部分聚合物纤维生产线上的不合格纤维被弃置或者用作低档次填料使用，无法体现高性能聚合物的利用价值的技术问题，而提供一种聚合物纳米纤维的制备方法。
一种聚合物纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的：
一、采用质量浓度为8％～18％的聚合物纺丝原液制备聚合物初生纤维；
二、将步骤一得到的聚合物初生纤维浸入在反应釜内的溶剂中，控制温度为20～350℃，压力为1～100atm，超声处理1～5000h；
三、将步骤二得到的混合物过滤，去除溶剂，得到一种聚合物纳米纤维。
本发明将聚合物纤维制备过程中产生的废丝或者性能较差的长丝进行再加工，实现长丝到纳米纤维的转变，实现高性能聚合物回收的同时还可将高性能聚合物扩展至其它如膜材料、多孔材料等应用领域。
本发明采用极性溶剂溶胀、超声剥离相结合的方式将聚合物制备成长径比高，比表面积大的高性能聚合物纳米纤维。
本发明的有益效果是：1、本发明以高性能纤维的初生纤维为基体，采用极性溶剂溶胀与高温高压超声剥离相结合的方法，有效的利用了溶胀用溶剂与初生纤维内部的溶剂缺陷结构；2、通过溶胀超声剥离可以提高纳米纤维的均匀度、比表面积与制备效率；3、本发明所用混合溶剂可重复利用，这极大的降低了制备成本，杜绝了环境污染；4、本发明所用制备方法简单，有利于规模化生产，因此有非常好的应用前景。
本发明用于制备高性能聚合物纳米纤维。
附图说明
图1为实施例1的制备的聚合物纳米纤维SEM照片；
图2为实施例2的制备的聚合物纳米纤维SEM照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种聚合物纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的：
一、采用质量浓度为8％～18％的聚合物纺丝原液制备聚合物初生纤维；
二、将步骤一得到的聚合物初生纤维浸入在反应釜内的溶剂中，控制温度为20～350℃，压力为1～100atm，超声处理1～5000h；
三、将步骤二得到的混合物过滤，去除溶剂，得到一种聚合物纳米纤维。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中聚合物纺丝原液的质量浓度为12％～14％。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不同的是：步骤一中聚合物纺丝原液中聚合物为芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维、聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑)纤维、聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维。其它与具体实施方式一或二相同。
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：步骤一中制备聚合物初生纤维的方法为将聚合物纺丝原液经喷丝板，进入凝固浴凝固1～300s。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：步骤一中凝固浴按质量份数由5份氯化钙、10份二甲基乙酰胺和85份水混合而成。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四之一不同的是：步骤一中凝固20～40s。其它与具体实施方式一至四之一相同。
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：步骤二中溶剂为硫酸、盐酸、甲醇、乙醇、吡啶、石油醚、四氢呋喃、四氯化碳、二氯乙烷、三氯乙烷、二甲基亚砜、三乙胺、苯胺、水、苯酚、乙二醇、乙二胺、丙三醇和丁二醇中的一种或者多种的任意比混合。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：步骤二中控制温度为200℃，压力为10atm，超声处理100～500h。其它与具体实施方式一至七之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种聚合物纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的：
一、采用质量浓度为14％的PBO/多聚磷酸纺丝原液经喷丝板，进入凝固浴凝固40s，制得聚合物初生纤维；
二、将步骤一得到的聚合物初生纤维浸入在反应釜内的溶剂中，控制温度为200℃，压力为10atm，超声处理500h；其中，溶剂按质量份数由25份三乙胺、5份三氯乙烷、15份二甲基亚砜和75份四氢呋喃混合而成；
三、将步骤二得到的混合物过滤，去除溶剂，得到一种聚合物纳米纤维。
本实施例得到的聚合物纳米纤维是直径为～30nm、长径比为～200的PBO纳米纤维。
本实施例的制备的聚合物纳米纤维SEM照片如图1所示。
实施例二：
本实施例一种聚合物纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的：
一、采用质量浓度为12％的PIPD/多聚磷酸纺丝原液经喷丝板，进入凝固浴凝固30s，制得聚合物初生纤维；
二、将步骤一得到的聚合物初生纤维浸入在反应釜内的溶剂中，控制温度为200℃，压力为10atm，超声处理300h；其中，溶剂按质量份数由2份三乙胺、5份水、30份三氯乙烷和63份四氢呋喃混合而成；
三、将步骤二得到的混合物过滤，去除溶剂，得到一种聚合物纳米纤维。
本实施例得到的聚合物纳米纤维是直径为～300nm、长径比为～70的PIPD纳米纤维。
本实施例的制备的聚合物纳米纤维SEM照片如图2所示。
实施例三：
本实施例一种聚合物纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的：
一、采用质量浓度为18％的聚对苯二甲酸对苯二胺/浓硫酸纺丝原液经喷丝板，进入凝固浴凝固20s，制得聚合物初生纤维；其中，凝固浴按质量份数由5份氯化钙、10份二甲基乙酰胺和85份水混合而成；
二、将步骤一得到的聚合物初生纤维浸入在反应釜内的溶剂中，控制温度为200℃，压力为10atm，超声处理100h；其中，溶剂按质量份数由5份水、10份二甲基亚砜和85份四氢呋喃混合而成；
三、将步骤二得到的混合物过滤，去除溶剂，得到一种聚合物纳米纤维。
本实施例得到的聚合物纳米纤维是直径为～25nm、长径比为～30的聚对苯二甲酸对苯二胺纳米纤维。
本发明得到的聚合物纳米纤维有在纳米纤维增强复合材料、耐热高强多孔膜材料、导电膜材料与阻燃材料领域有着广阔的应用，而且制备方法简单，成本低，合成所需溶剂可回收与利用，无污染，有利于规模化生产，因此有非常好的应用前景。
Claims (1)
1.一种聚合物纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法具体是按照以下步骤进行的：
一、采用质量浓度为14％的PBO/多聚磷酸纺丝原液经喷丝板，进入凝固浴凝固40s，制得聚合物初生纤维；
二、将步骤一得到的聚合物初生纤维浸入在反应釜内的溶剂中，控制温度为200℃，压力为10atm，超声处理500h；其中，溶剂按质量份数由25份三乙胺、5份三氯乙烷、15份二甲基亚砜和75份四氢呋喃混合而成；
三、将步骤二得到的混合物过滤，去除溶剂，得到一种聚合物纳米纤维；
步骤一中凝固浴按质量份数由5份氯化钙、10份二甲基乙酰胺和85份水混合而成。
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