CN105506761B - 一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 - Google Patents
一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105506761B CN105506761B CN201610033710.3A CN201610033710A CN105506761B CN 105506761 B CN105506761 B CN 105506761B CN 201610033710 A CN201610033710 A CN 201610033710A CN 105506761 B CN105506761 B CN 105506761B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spinneret
- centrifugal spinning
- silica
- spinning
- nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 132
- 238000009987 spinning Methods 0.000 title claims abstract description 93
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 33
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical class CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- -1 methacryloxypropyl Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- VDGJOQCBCPGFFD-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-) silicon(4+) titanium(4+) Chemical compound [Si+4].[O-2].[O-2].[Ti+4] VDGJOQCBCPGFFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims 1
- JKGITWJSGDFJKO-UHFFFAOYSA-N ethoxy(trihydroxy)silane Chemical compound CCO[Si](O)(O)O JKGITWJSGDFJKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 claims 1
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical compound CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- HLOLETUOZGAKMT-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC(=O)C(C)=C HLOLETUOZGAKMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 208000012886 Vertigo Diseases 0.000 description 65
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 6
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 125000005909 ethyl alcohol group Chemical group 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 241000790917 Dioxys <bee> Species 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003978 SiClx Inorganic materials 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000009291 froth flotation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000009967 tasteless effect Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
- D01D1/02—Preparation of spinning solutions
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/44—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，该方法包括如下步骤：（1）疏水二氧化硅的制备：采用溶胶‑凝胶法制备二氧化硅溶胶，然后以甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷（MPS）为改性剂对制得的二氧化硅溶胶进行疏水改性，得到疏水二氧化硅；（2）离心纺丝溶液的制备：将步骤（1）所制备的疏水二氧化硅与聚苯乙烯（PS）两者混合溶于N‑N二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液，其中PS与SiO2的质量浓度分别为18±2wt%和3±1wt%；（3）离心纺丝：采用步骤（2）制得的离心纺丝溶液进行离心纺丝，得到二氧化硅/聚苯乙烯（SiO2/PS）超疏水微/纳米纤维膜。
Description
技术领域
本发明属于功能性纳米纤维制备技术领域，特别涉及一种二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法。
背景技术
超疏水材料不仅具有自清洁功能，而且还具有防雾、防雪、防冻霜、防豁附、防腐蚀、防电流传导等功能，所以在社会生产各个领域和人们日常生活中都有着广泛的应用前景,比如泡沫浮选矿物、防水、洗涤等。超疏水自清洁表面制备方法大多需用到复杂的设计、精细的控制技术，其中对微/纳米纤维膜的制备主要集中在使用静电纺丝的方法，静电纺丝存在着以下几个固有缺陷限制了该方法商业大规模使用：(1)制备过程中需要施加高压电场；(2)生产效率低；(3)溶液需要一定比例的溶剂使溶液具有一定的传导率而产生的污染。因此在成本、规模、可控性研究方面离实用化及应用需求还有很大距离。
离心纺丝克服了静电纺丝微/纳米纤维的制备方法所遇到的限制，并且能够以高速和低成本产生微/纳米纤维。该设计不需施加高压电场、能够制备不受传导率约束的聚合物微/纳米纤维，且其生产效率有大幅提高。离心纺丝设备结构简单，主要由电机、纺丝头、收集棒等构成。纺丝头装在电机轴上，里面装有聚合物溶液，纺丝头上有喷丝孔。工作时，电机通电旋转纺丝头，使纺丝头高速旋转，聚合物溶液在喷丝孔处由于离心力作用喷射在收集棒和喷丝孔之间运动到收集棒上形成有序的微/纳米纤维。聚合物溶液在喷丝孔处形成纳米纤维主要经历三个阶段：①聚合物溶液需有一定的粘度，旋转时到达喷丝孔处形成泰勒锥；②聚合物溶液同时受到表面张力和离心力作用，当离心力大于表面张力时，聚合物拉伸形成细小的微/纳米级纤维；③纤维在离心力的作用下在喷丝孔和收集棒之间旋转，在这个过程中聚合物溶液中的溶剂挥发，得到纤维旋转到收集棒上。
发明内容
本发明提供一种具有超疏水性能的二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)疏水二氧化硅的制备：采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅溶胶，然后以甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)为改性剂对制得的二氧化硅溶胶进行疏水改性，得到疏水二氧化硅；
(2)离心纺丝溶液的制备：将步骤(1)所制备的疏水二氧化硅与聚苯乙烯(PS)两者混合溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液，其中PS与SiO2的质量浓度分别为18±2wt％和3±1wt％；
(3)离心纺丝：采用步骤(2)制得的离心纺丝溶液进行离心纺丝，得到二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)超疏水微/纳米纤维膜。
本发明制备方法简单，所制备的二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的水接触角为150°，具有良好的疏水性能。二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。一般情况下呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形状。二氧化硅既可作为载体、又可作为填充物制得复合纳米材料。二氧化硅具有高韧性、耐高温、耐腐蚀、耐磨等特性，二氧化硅作为补强剂，少量添加到普通橡胶中，使产品的强度、耐磨性和抗老化性得到很大的改善。同时对普通塑料进行改性，使塑料的透明性、强度、韧性、抗老化性明显提高。
构造超疏水表面：一种方法是利用疏水材料来构建表面粗糙结构；另一种是在粗糙表面上修饰低表面能的物质。通过离心纺丝制备的聚苯乙烯(PS)微/纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、孔径直径小等优点，具有一定的疏水性能，因此可利用聚苯乙烯(PS)微/纳米纤维膜来构造表面粗糙结构来获得超疏水表面。将二氧化硅引入到聚苯乙烯中通过离心纺丝的方法制备二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜，二氧化硅的引入可提高纤维膜表面粗糙度，从而使纤维膜具有超疏水性能，同时也会使纤维膜的强度、抗老化性得到一定改善，这将具有广阔的发展和应用前景。
作为优选，步骤(1)中，取正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水混合，再加入氨水反应得到二氧化硅溶胶，正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、氨水的体积比为5:35:2:3，以5ml正硅酸乙酯计MPS的用量为1g，反应后经过重复离心分散、干燥得到疏水二氧化硅粉体。进一步的，反应温度为25℃，溶胶制备反应时间为2小时，改性反应时间为24小时；所制备的疏水二氧化硅经重复离心分散6次后，在60℃烘箱中烘燥8小时。
作为优选，疏水二氧化硅的粒径为250-300nm。
作为优选，聚苯乙烯(PS)摩尔质量MW＝260000g/mol，其链状结构式为：
作为优选，步骤(2)所述离心纺丝溶液具体制备方法如下：将聚苯乙烯(PS)与二氧化硅置于20ml样品瓶中，向样品瓶内移取7.9g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，将样品瓶用生料带密封，加热到60℃搅拌24小时以上，得到离心纺丝溶液。
作为优选，离心纺丝采用的离心纺丝装置包括电机、纺丝头和收集棒，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔，收集棒围绕纺丝头一圈设置。离心纺丝时，纺丝头由电机带动转动，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出，在喷丝孔与收集棒之间运动得到拉伸，同时溶剂挥发，形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。电机转速一般为5000-15000rpm/min。作为优选，纺丝头与收集棒之间距离控制在10cm±2cm，喷丝孔的直径为0.4mm-0.6mm。作为优选，收集棒以纺丝头为轴呈中心对称分布，收集棒的个数为6-12个。作为优选，纺丝头由纺丝外壳和圆形密封圈组成，纺丝外壳为底部开口的圆筒状结构，纺丝外壳的底端向外延伸形成环形沿，环形沿的中部设置台阶，所述圆形密封圈与该台阶配合使纺丝外壳的开口密封，且圆形密封圈的底部与环形沿的底部平面平齐。作为优选，纺丝头由聚四氟乙烯制成。作为优选，纺丝头与收集棒顶端的高度差是1-2cm。作为优选，喷丝孔位于纺丝头底面距离顶面2/3处的位置，且在同一平面上对称设置6-8个。作为优选，在环形沿上沿水平方向设置一对叶片。纺丝时形成向上的气流使纺出的纤维收集在收集棒上半部分而不沉积到底部。
作为优选，离心纺丝时，将纺丝转速调至8000rpm/min，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。
本发明的二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜，首先，通过溶胶-凝胶法制备二氧化硅溶胶，然后以甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)为改性剂对所制备二氧化硅溶胶进行疏水改性，而得到疏水二氧化硅；其次，将聚苯乙烯(PS)与二氧化硅两者混合溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，经搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液；最后，将离心纺丝溶液进行离心纺丝得到。该二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法可用于超疏水表面领域，具有如下特点：
1、本发明制备方法简便，反应条件容易实现和控制；
2、可以通过调节二氧化硅的加入量，控制二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜的表面粗糙度；
3、引入二氧化硅制备的二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜的水接触角较聚苯乙烯(PS)微/纳米纤维膜有明显提高；
4、采用离心纺丝的方法制备微/纳米纤维膜效率更高，具有较好的拓展空间。
附图说明
图1是本发明离心纺丝装置的结构示意图；
图2是PS微/纳米纤维膜和SiO2/PS微/纳米纤维膜的水接触角图；
图3是图1中纺丝头的结构示意图；
标号说明：1电机；2纺丝头；3收集棒；4叶片；5纤维；6注液口；7喷丝孔；8纺丝外壳；9圆形密封圈；10环形沿；11台阶。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
(1)用分析天平准确称取1.8g聚苯乙烯(PS)(其中PS的摩尔质量M＝260000g/mol)置于20ml样品瓶中，滴加8.2g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得PS分散均匀的离心纺丝溶液。
(2)采用图1所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为10cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到聚苯乙烯(PS)微/纳米纤维膜。
离心纺丝采用的离心纺丝装置如图1和图3所示，包括电机1、纺丝头2和收集棒3，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口6，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔7，收集棒围绕纺丝头一圈设置。
纺丝头与收集棒之间距离控制在10cm±2cm，喷丝孔的直径本实施例中为0.4mm，实际生产中可调节至0.5或0.6mm。为保证更好的收集纤维膜，纺丝头与收集棒顶端的高度差是1-2cm。收集棒以纺丝头为轴呈中心对称分布，收集棒的个数为8个。
纺丝头由聚四氟乙烯制成。纺丝头由纺丝外壳8和圆形密封圈9组成，纺丝外壳为底部开口的圆筒状结构，纺丝外壳的底端向外延伸形成环形沿10，环形沿的中部设置台阶11，所述圆形密封圈与该台阶配合使纺丝外壳的开口密封，且圆形密封圈的底部与环形沿的底部平面平齐。喷丝孔位于纺丝头底面距离顶面大概2/3处的位置，且在同一平面上对称设置8个。
在环形沿上沿水平方向还设置一对叶片4。纺丝时形成向上的气流使纺出的纤维收集在收集棒上半部分而不沉积到底部。
离心纺丝时，纺丝头由电机带动转动，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出，在喷丝孔与收集棒之间运动得到拉伸，同时溶剂挥发，形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。电机转速一般为5000-15000rpm/min。
与静电纺丝相比，离心纺丝设备简单、成本低，能比静电纺丝纺更高的纺丝液浓度，采用本离心纺丝装置，使用时更加安全，效率高；单喷嘴的静电纺丝装置的产率为1-100mg/小时，离心纺丝的产率比静电纺丝至少可以提高两个数量级。
实施例2
(1)用移液管准确移取5ml正硅酸乙酯，溶于35ml无水乙醇和2ml去离子水中，滴加3ml氨水，在25℃条件下反应2小时形成二氧化硅溶胶，然后滴加1g甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)，在25℃条件下反应24小时，重复离心分散6次(分散剂用无水乙醇)，在60℃下烘燥8小时，即得到所需粒径为250-300nm的疏水二氧化硅。
(2)用分析天平准确称取1.8g聚苯乙烯(PS)和0.3g步骤(1)制得的二氧化硅，(其中PS的摩尔质量M＝260000g/mol)置于20ml样品瓶中，滴加7.9g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得SiO2、PS分散均匀的离心纺丝溶液。
(3)采用图1所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为10cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜。
实施例3
(1)用移液管准确移取5ml正硅酸乙酯，溶于35ml无水乙醇和2ml去离子水中，滴加3ml氨水，在25℃条件下反应2小时形成二氧化硅溶胶，然后滴加1g甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)，在25℃条件下反应24小时，重复离心分散6次(分散剂用无水乙醇)，在60℃下烘燥8小时，即得到所需粒径为250-300nm的疏水二氧化硅。
(2)用分析天平准确称取1.8g聚苯乙烯(PS)和0.6g步骤(1)制得的二氧化硅，(其中PS的摩尔质量M＝260000g/mol)置于20ml样品瓶中，滴加7.6g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得SiO2、PS分散均匀的离心纺丝溶液。
(3)采用图1所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为10cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)微/纳米纤维膜。
实施例4：PS微/纳米纤维膜和SiO2/PS微/纳米纤维膜的水接触角测试
(1)分别从实施例1、实施例2、实施例3中制备的纤维膜真空烘干后取相同大小的一块贴在玻璃片上。
(2)用视频接触角张力仪测量纤维膜的水接触角，测试结果见表1，纤维膜的水接触角图见图2。
表1
结果显示：与PS微/纳米纤维膜相比，SiO2含量为3wt％的SiO2/PS微/纳米纤维膜的水接触角有明显提高，表现出更好的疏水性。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (5)
1.一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)疏水二氧化硅的制备：采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅溶胶，然后以甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)为改性剂对制得的二氧化硅溶胶进行疏水改性，得到疏水二氧化硅；
取正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水混合，再加入氨水反应得到二氧化硅溶胶，正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、氨水的体积比为5:35:2:3，以5ml正硅酸乙酯计MPS的用量为1g，反应后经过重复离心分散、干燥得到疏水二氧化硅粉体；
疏水二氧化硅的粒径为250-300nm；
(2)离心纺丝溶液的制备：将步骤(1)所制备的疏水二氧化硅与聚苯乙烯(PS)两者混合溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液，其中PS与SiO2的质量浓度分别为18±2wt％和3±1wt％；
(3)离心纺丝：采用步骤(2)制得的离心纺丝溶液进行离心纺丝，得到二氧化硅/聚苯乙烯(SiO2/PS)超疏水微/纳米纤维膜；
离心纺丝采用的离心纺丝装置包括电机、纺丝头和收集棒，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔，收集棒围绕纺丝头一圈设置；纺丝头与收集棒之间距离控制在10cm±2cm，喷丝孔的直径为0.4mm-0.6mm；收集棒以纺丝头为轴呈中心对称分布，收集棒的个数为6-12个；纺丝头由纺丝外壳和圆形密封圈组成，纺丝外壳为底部开口的圆筒状结构，纺丝外壳的底端向外延伸形成环形沿，环形沿的中部设置台阶，所述圆形密封圈与该台阶配合使纺丝外壳的开口密封，且圆形密封圈的底部与环形沿的底部平面平齐；纺丝头与收集棒顶端的高度差是1-2cm；喷丝孔位于纺丝头底面距离顶面2/3处的位置，且在同一平面上对称设置6-8个；在环形沿上沿水平方向设置一对叶片。
2.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：聚苯乙烯(PS)摩尔质量MW＝260000g/mol，其链状结构式为：
3.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：步骤(2)所述离心纺丝溶液的制备方法如下：将聚苯乙烯(PS)与二氧化硅置于20ml样品瓶中，向样品瓶内移取7.9g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，将样品瓶用生料带密封，加热到60℃搅拌24小时以上，得到离心纺丝溶液。
4.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：离心纺丝时，将纺丝转速调至8000rpm/min，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。
5.一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜，其特征在于该二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜采用权利要求1所述的方法制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610033710.3A CN105506761B (zh) | 2016-01-19 | 2016-01-19 | 一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610033710.3A CN105506761B (zh) | 2016-01-19 | 2016-01-19 | 一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105506761A CN105506761A (zh) | 2016-04-20 |
| CN105506761B true CN105506761B (zh) | 2017-11-24 |
Family
ID=55715049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610033710.3A Active CN105506761B (zh) | 2016-01-19 | 2016-01-19 | 一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105506761B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106521808B (zh) * | 2016-12-14 | 2019-05-14 | 浙江理工大学 | 一种二氧化钛/聚偏氟乙烯微/纳米纤维膜及其离心纺丝制备方法 |
| CN108516698B (zh) * | 2018-07-06 | 2021-03-16 | 苏州新吴光电科技有限公司 | 一种二氧化硅膜及其制备方法 |
| CN109629113A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-16 | 上海工程技术大学 | 一种超疏水防水的透湿纳米纤维材料及其制备方法 |
| CN110158172B (zh) * | 2019-06-26 | 2021-10-01 | 广东工业大学 | 离心纺丝设备的收集装置以及离心静电纺丝设备 |
| CN111249927A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-09 | 上海工程技术大学 | 间位芳纶/聚砜酰胺/二氧化硅复合空气过滤膜及其制备方法 |
| CN112795996A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-14 | 浙江格尔泰斯环保特材科技股份有限公司 | 一种超疏水性聚四氟乙烯纤维长丝及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101165083A (zh) * | 2006-10-16 | 2008-04-23 | 中国科学院化学研究所 | 纳米二氧化硅微粒增强的超疏水聚苯乙烯薄膜及其制备方法 |
| CN102358067A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-02-22 | 江南大学 | 一种超疏水纺织品及其加工方法 |
| CN103184581A (zh) * | 2013-03-21 | 2013-07-03 | 上海工程技术大学 | 一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0788616B2 (ja) * | 1986-09-30 | 1995-09-27 | 電気化学工業株式会社 | 無機繊維成形体の製造法 |
| CN102838780B (zh) * | 2011-06-23 | 2014-09-24 | 杜邦公司 | 改性纳米颗粒、其制备方法及其用于提高纤维基材之阳离子染色性的用途 |
-
2016
- 2016-01-19 CN CN201610033710.3A patent/CN105506761B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101165083A (zh) * | 2006-10-16 | 2008-04-23 | 中国科学院化学研究所 | 纳米二氧化硅微粒增强的超疏水聚苯乙烯薄膜及其制备方法 |
| CN102358067A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-02-22 | 江南大学 | 一种超疏水纺织品及其加工方法 |
| CN103184581A (zh) * | 2013-03-21 | 2013-07-03 | 上海工程技术大学 | 一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105506761A (zh) | 2016-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105506761B (zh) | 一种二氧化硅/聚苯乙烯微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 | |
| CN105543990B (zh) | 一种微米或纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 | |
| CN103993423B (zh) | 一种有机无机杂化纳米超疏水纤维膜的制备方法 | |
| CN109440525A (zh) | 一种耐磨超疏水纸及其制备方法 | |
| CN105951194B (zh) | 一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 | |
| CN107475902B (zh) | 一种超疏水纤维膜的制备方法 | |
| CN104107562B (zh) | 基于水凝胶微结构模板的多功能超疏水涂层 | |
| CN106521808B (zh) | 一种二氧化钛/聚偏氟乙烯微/纳米纤维膜及其离心纺丝制备方法 | |
| CN105908366B (zh) | 疏水亲油‑亲水水下疏油薄膜及其调控方法、制备工艺与应用 | |
| CN109629113A (zh) | 一种超疏水防水的透湿纳米纤维材料及其制备方法 | |
| CN110144158A (zh) | 一种单组分聚合物纳米复合超疏水涂层材料及其制备方法 | |
| Li et al. | Preparation of SiO 2/PS superhydrophobic fibers with bionic controllable micro–nano structure via centrifugal spinning | |
| CN110721596A (zh) | 一种新型环保、高效油水分离复合膜的制备方法 | |
| CN109400954B (zh) | 一种玻璃纤维改性浸润剂的制备方法 | |
| CN106084228A (zh) | 单分散性多孔聚倍半硅氧烷微球及制备方法 | |
| CN105111496B (zh) | 一步法同时制备超疏水高分子材料和超疏水二氧化硅颗粒的方法 | |
| CN107780048A (zh) | 一种结构可控的聚乳酸多孔纳米纤维静电纺丝制备方法 | |
| CN109468874A (zh) | 一种超疏水透明导电纸及其制备方法 | |
| CN104959043B (zh) | 基于浸润性差异的有机液体分离网膜制备方法及用途 | |
| Hou et al. | Superhydrophobic cotton fabric membrane prepared by fluoropolymers and modified nano-SiO 2 used for oil/water separation | |
| CN105568557B (zh) | 一种氯化钴湿敏电纺微纳米纤维膜及其制备方法和应用 | |
| CN105013356A (zh) | 有机-无机复合纳米粒子超亲水改性聚合物膜及制备方法 | |
| CN107675281A (zh) | Pvp/pan纳米复合纤维的制备方法 | |
| He et al. | Synthesis of ladder-like phenyl polysilsesquioxane with fluorinated side chains and its use in silicon/polycaprolactone electrospun membranes with excellent anti-fouling, self-cleaning, and oil-water separation performances | |
| CN105541119B (zh) | 一种溶胶凝胶法制备透明超疏水涂层的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200729 Address after: No. m2-65, sweater Industrial Park, Puyuan Town, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Address before: 310000 building 18, Zhejiang Sci-Tech University, Xiasha Avenue, Hangzhou 2, Zhejiang Patentee before: ZHEJIANG SCI-TECH University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Preparation of silica / polystyrene micro / nano fiber membrane by centrifugal spinning Effective date of registration: 20201230 Granted publication date: 20171124 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001347 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231027 Granted publication date: 20171124 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001347 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A centrifugal spinning method for preparing silica/polystyrene micro/nanofiber membranes Effective date of registration: 20231107 Granted publication date: 20171124 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002537 |