CN105506858A - 静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法 - Google Patents

静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105506858A
CN105506858A CN201610052220.8A CN201610052220A CN105506858A CN 105506858 A CN105506858 A CN 105506858A CN 201610052220 A CN201610052220 A CN 201610052220A CN 105506858 A CN105506858 A CN 105506858A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cnc
composite fiber
electrostatic spinning
cellulose
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.)
Granted
Application number
CN201610052220.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105506858B (zh
Inventor
倪晓慧
韩广萍
程万里
宦思琪
李超
刘国相
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Forestry University
Original Assignee
Northeast Forestry University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Forestry University filed Critical Northeast Forestry University
Priority to CN201610052220.8A priority Critical patent/CN105506858B/zh
Publication of CN105506858A publication Critical patent/CN105506858A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105506858B publication Critical patent/CN105506858B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
    • 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
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/425—Cellulose series
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning

Abstract

静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，它涉及一种制备复合纤维薄膜的方法。本发明是为了解决现有方法制备的PMMA纤维薄膜成膜难、热稳定性差，并且非极性PMMA和极性CNC相容性差的问题。本方法如下：一、制备CNC水悬液；二、制备电纺液；三、将电纺液装入注射器中，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。本发明制备的纤维表面光滑，直径均一。随着CNC添加量增加，纤维直径逐步减小，纤维直径分布变窄。而且随着CNC添加量增加，纳米复合纤维的TGA曲线向高温方向移动，纳米复合纤维的热学性能增强。制备的纤维薄膜最大拉伸强度达到0.3MPa。本发明属于复合薄膜的制备领域。

Description

静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种制备复合纤维薄膜的方法。
背景技术
纤维素是自然界主要有植物通过光合作用合成的取之不尽用之不竭、最为丰富的天然高分材料。近年来，从纤维素中提取得到的纤维素纳米晶体(CNC)因其具有很大的比表面积、易化学修饰、生物相容性和易通过复合化赋予新功能等特性而引起了研究兴趣，并被大量用作纳米填料来制备高性能的复合物。研究表明：CNC的高结晶度和纳米尺度效应，将其与聚合物基体复合，不但可以显著增强聚合物的机械性能，而且还能提高聚合物热稳定性，实现复合材料的性能可控。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是具有高透明性和良好加工性能的高分子聚合物，被广泛地应用于工业生产。然而，传统成膜得到的PMMA纤维强度低、热学性能差，溶剂挥发造成环境污染，因而其使用也受到严格限制。因此，研究高效环保的PMMA成膜方法，实现PMMA材料的高性能化，具有重要的意义。
静电纺丝是利用附加电场制备微纳尺寸纤维的一种有效途径，制备得到的静电纺纤维具有直径小、高比表面积和可控多孔结构等特点。将静电纺丝技术引入PMMA成膜过程，制备出PMMA纤维薄膜具有一维纳米结构，直径可达几百纳米，实现了具备特殊网状结构PMMA纳米复合纤维的制备。然而，PMMA传统成膜方法难，并且非极性PMMA和极性CNC相容性差，亟需进一步深入探索。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法制备的PMMA纤维薄膜成膜难、热稳定性差，并且非极性PMMA和极性CNC相容性差的问题，提供了一种静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法。
静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将20～40g微晶纤维素和160～400g硫酸溶液混合，搅拌1～2h，得到混合溶液，加入混合溶液质量10～20倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的纤维素纳米晶体(CNC)，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10～20min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理5～10分钟，得到CNC水悬液；
二、将200～300mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积二甲基甲酰胺(DMF)搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，
使用旋转蒸发仪在50～70℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；
将5～30g二甲基甲酰胺与3～30gCNC/DMF溶液混合，加入4～10g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的5～20％，在50～60℃水浴锅中搅拌6～8h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置12～24h，得到电纺液；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为10～20kV，负高压为-1～-3kV，推注速度为2～3ml/h，滚筒转速为40～80rpm，固定正负极之间的距离为15～20cm，电纺时间为2～5h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
本发明克服了PMMA传统方法成膜成膜难、脆性、热稳定性差等技术难题，公开了一种环保、高效的新型静电纺PMMA/CNC纳米复合纤维薄膜的制备方法。该方法采用了二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，将PMMA溶解后加入不同质量的CNC，均匀混合后对其进行静电纺丝。
对比现有技术，采用本方法制备的电纺PMMA/CNC薄膜具有以下优点：
1.采用环保高效的静电纺技术解决了PMMA成膜难、性能不易控制的问题。
2.制备出表面光滑、直径均匀的超细PMMA/CNC纳米复合纤维薄膜，其纳米尺度效应赋予了电纺PMMA薄膜更优异的使用性能；
3.随CNC添加量的逐渐增加，提高了PMMA/CNC薄膜的机械性能和热学性能。本发明将拓展静电纺PMMA/CNC纳米复合纤维的实际应用领域，揭示CNC对静电纺聚合物复合纤维的增强机理。
本发明制备的纤维表面光滑，直径均一，纤维略有弯曲形貌出现。随着CNC添加量增加，纤维直径逐步减小，纤维直径分布变化变小。而且随着CNC添加量增加，纳米复合纤维的TGA曲线向高温方向移动，纳米复合纤维的热学性能增强。制备的纤维薄膜最大拉伸强度达到0.3MPa。
附图说明
图1是实验一步骤一所得的CNC的微观形貌图；
图2是实验一制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜微观形貌结构图；
图3是实验二制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜微观形貌结构图；
图4是实验三制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜微观形貌结构图；
图5是实验四制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜微观形貌结构图；
图6是实验五制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜微观形貌结构图；
图7是实验一至实验五中制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜的平均直径与直径分布图，图中1表示实验一制备的静电纺PMMA纤维薄膜的平均直径与直径分布，2表示实验二制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜平均直径与直径分布，3表示实验三制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜的平均直径与直径分布，4表示实验四制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜的平均直径与直径分布，5表示实验五制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜的平均直径与直径分布；
图8是实验一至实验五中制备的静电纺PMMA纤维薄膜的FTIR图谱，图中1表示实验一步骤一制备的CNC的FTIR图谱，2表示实验一制备的静电纺PMMA纤维薄膜的FTIR图谱，3表示实验二制备的纤维素增强纳米复合纤维的FTIR图谱，4表示实验三制备的纤维素增强纳米复合纤维的FTIR图谱，5表示实验四制备的纤维素增强纳米复合纤维的FTIR图谱，6表示实验五制备的纤维素增强纳米复合纤维的FTIR图谱；
图9是实验一至实验五中制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜的TGA曲线，图中1表示实验一步骤一制备的CNC的TGA曲线，2表示实验一制备的静电纺PMMA纤维薄膜的TGA曲线，3表示实验二制备的纤维素增强纳米复合纤维的TGA曲线，4表示实验三制备的纤维素增强纳米复合纤维的TGA曲线，5表示实验四制备的纤维素增强纳米复合纤维的TGA曲线，6表示实验五制备的纤维素增强纳米复合纤维的TGA曲线；
图10是验一至实验五中制备的纤维素增强纳米复合纤维薄膜的拉伸强度图，图中1表示实验一制备的静电纺PMMA纤维薄膜的拉伸强度，2表示实验二制备纤维素增强纳米复合纤维的拉伸强度，3表示实验三制备的纤维素增强纳米复合纤维的拉伸强度，4表示实验四制备的静电纺制备纤维素增强纳米复合纤维的拉伸强度，5表示实验五制备的纤维素增强纳米复合纤维的拉伸强度。
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制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将20～40g微晶纤维素和160～400g硫酸溶液混合，搅拌1～2h，得到混合溶液，加入混合溶液质量10～20倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的CNC，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10～20min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理5～10分钟，得到CNC水悬液；
二、将200～300mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积二甲基甲酰胺(DMF)搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，
使用旋转蒸发仪在50～70℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；
将5～30g二甲基甲酰胺与3～30gCNC/DMF溶液混合，加入4～10g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的5～20％，在50～60℃水浴锅中搅拌6～8h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置12～24h，得到电纺液；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为10～20kV，负高压为-1～-3kV，推注速度为2～3ml/h，滚筒转速为40～80rpm，固定正负极之间的距离为15～20cm，电纺时间为2～5h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
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所述硫酸溶液的质量浓度为64％。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一中加入混合溶液质量12～18倍的去离子水稀释。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一中加入混合溶液质量15倍的去离子水稀释。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步骤二中使用旋转蒸发仪在52～68℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除是。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二中使用旋转蒸发仪在60℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除。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二中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的15％。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CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的10％。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的步骤三中正高压为15kV是。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中负高压为-3kV。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
静电纺丝制备静电纺PMMA纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将20g微晶纤维素和160g硫酸溶液混合，搅拌1h，得到混合溶液，加入混合溶液质量10倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的CNC，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理5分钟，得到CNC水悬液；
二、将200mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积的二甲基甲酰胺搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，使用旋转蒸发仪在50℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；将10g二甲基甲酰胺与28.5gCNC/DMF溶液混合，加入10g聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，在55℃水浴锅中搅拌6h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置12h，得到PMMA溶液；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为13kV，负高压为-2kV，推注速度为3ml/h，滚筒转速为60rpm，固定正负极之间的距离为18cm，电纺时间为2h，静电纺丝，得到静电纺PMMA纤维薄膜。
实验二：
静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将30g微晶纤维素和300g硫酸溶液混合，搅拌1.5h，得到混合溶液，加入混合溶液质量20倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的CNC，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心20min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理5～10分钟，得到CNC水悬液；
二、将300mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积的二甲基甲酰胺搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，使用旋转蒸发仪在60℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；将20g二甲基甲酰胺与10gCNC/DMF溶液混合，加入7.5g聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的5％，在60℃水浴锅中搅拌8h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置15h，得到电纺液(PMMA/CNC-5)；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为20kV，负高压为-1kV，推注速度为2.5ml/h，滚筒转速为60rpm，固定正负极之间的距离为18cm，电纺时间为3h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
实验三：
静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将35g微晶纤维素和300g硫酸溶液混合，搅拌2h，得到混合溶液，加入混合溶液质量15倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的CNC，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10～20min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理10分钟，得到CNC水悬液；
二、将280mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积的二甲基甲酰胺搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，使用旋转蒸发仪在65℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；将13.5g二甲基甲酰胺与15.7gCNC/DMF溶液混合，加入5.6g聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的10％，在55℃水浴锅中搅拌7h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置14h，得到电纺液(PMMA/CNC-10)；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为18kV，负高压为-2kV，推注速度为2ml/h，滚筒转速为80rpm，固定正负极之间的距离为20cm，电纺时间为3h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
实验四：
静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将20g微晶纤维素和200g硫酸溶液混合，搅拌1h，得到混合溶液，加入混合溶液质量15倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的CNC，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理8分钟，得到CNC水悬液；
二、将250mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积的二甲基甲酰胺搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，使用旋转蒸发仪在67℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；将9.4g二甲基甲酰胺与21.1gCNC/DMF溶液混合，加入4.8g聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的15％，在60℃水浴锅中搅拌7h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置15h，得到电纺液(PMMA/CNC-15)；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为15kV，负高压为-3kV，推注速度为2ml/h，滚筒转速为60rpm，固定正负极之间的距离为20cm，电纺时间为4h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
实验五：
静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将40g微晶纤维素和400g硫酸溶液混合，搅拌1h，得到混合溶液，加入混合溶液质量20倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的CNC，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理8分钟，得到CNC水悬液；
二、将300mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积的二甲基甲酰胺搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，使用旋转蒸发仪在60℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；将5g二甲基甲酰胺与28.2gCNC/DMF溶液混合，加入4.52g聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的20％，在60℃水浴锅中搅拌6h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置6h，得到电纺液(PMMA/CNC-10)；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为15kV，负高压为-2kV，推注速度为2ml/h，滚筒转速为80rpm，固定正负极之间的距离为20cm，电纺时间为5h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
从图2至图6可知CNC添加量的增加，纤维表面光滑，直径均一，纤维略有弯曲形貌出现。
从图7可知CNC添加量增加，纤维直径逐步减小，纤维直径分布变化变小，平均直径由实验一制备PMMA纤维的2.10um减小到实验五制备纳米复合纤维的500nm。
从图9可知随着CNC添加量增加，纳米复合纤维的TGA曲线向高温方向移动，纳米复合纤维的热学性能增强。图10中实验五制备的纤维薄膜最大拉伸强度达到0.3MPa，较实验一制备的PMMA纤维的力学强度提高了100％。

Claims (10)

1.静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法按照以下步骤进行：
一、将20～40g微晶纤维素和160～400g硫酸溶液混合，搅拌1～2h，得到混合溶液，加入混合溶液质量10～20倍的去离子水稀释，得到悬浮液，将悬浮液在4℃静置24h，取下层沉降的纤维素纳米晶体，加去离子水离心洗涤，在10000rpm条件下离心10～20min，重复洗涤3次，得到弱酸性悬浮液，然后将弱酸性悬浮液置于透析袋中透析，直至pH值为7，再超声分散处理5～10分钟，得到CNC水悬液；
二、将200～300mlCNC水悬液放入烧瓶中，加入等体积的二甲基甲酰胺搅拌均匀，得到CNC/H2O/DMF混合溶液，使用旋转蒸发仪在50～70℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除，得到CNC/DMF溶液；将5～30g二甲基甲酰胺与3～30gCNC/DMF溶液混合，加入4～10g聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，其中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的5～20％，在50～60℃水浴锅中搅拌6～8h至聚甲基丙烯酸甲酯颗粒全部溶解，静置12～24h，得到电纺液；
三、将电纺液装入注射器中，设置正高压为10～20kV，负高压为-1～-3kV，推注速度为2～3ml/h，滚筒转速为40～80rpm，固定正负极之间的距离为15～20cm，电纺时间为2～5h，静电纺丝，得到纤维素增强纳米复合纤维薄膜。
2.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤一所述硫酸溶液的质量浓度为64％。
3.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤一中加入混合溶液质量12～18倍的去离子水稀释。
4.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤一中加入混合溶液质量15倍的去离子水稀释。
5.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中使用旋转蒸发仪在52～68℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除。
6.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中使用旋转蒸发仪在60℃的水浴中将CNC/H2O/DMF混合溶液中的水去除。
7.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的15％。
8.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤二中CNC占聚甲基丙烯酸甲酯质量的10％。
9.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤三中正高压为15kV。
10.根据权利要求1所述静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法，其特征在于步骤三中负高压为-3kV。
CN201610052220.8A 2016-01-26 2016-01-26 静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法 Expired - Fee Related CN105506858B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610052220.8A CN105506858B (zh) 2016-01-26 2016-01-26 静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610052220.8A CN105506858B (zh) 2016-01-26 2016-01-26 静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105506858A true CN105506858A (zh) 2016-04-20
CN105506858B CN105506858B (zh) 2017-11-14

Family

ID=55715145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610052220.8A Expired - Fee Related CN105506858B (zh) 2016-01-26 2016-01-26 静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105506858B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105780184A (zh) * 2016-05-23 2016-07-20 扬州大学 一种将羧甲基纤维素进行静电纺丝制成纤维的方法
CN105999363A (zh) * 2016-06-28 2016-10-12 郭迎庆 一种海藻酸钙/银纳米粒子纤维丝的制备方法
CN106057279A (zh) * 2016-05-27 2016-10-26 北京林业大学 一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜及其制备方法
CN113604969A (zh) * 2021-07-19 2021-11-05 东北林业大学 一种纤维素基复合纳米纤维薄膜的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101397372A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 北京化工大学 纳米纤维增强增韧树脂基复合材料的方法
CN101487146A (zh) * 2008-01-14 2009-07-22 北京服装学院 一种电纺发光纳米纤维及其制备方法
CN101693832A (zh) * 2009-10-14 2010-04-14 长春理工大学 一种制备稀土配合物/聚甲基丙烯酸甲酯复合发光纳米带的方法
CN101818382A (zh) * 2009-12-09 2010-09-01 兰州理工大学 制备定向碳纳米管增强聚合物纳米纤维的静电纺丝装置
CN102344685A (zh) * 2010-08-05 2012-02-08 中国科学院化学研究所 一种制备纳米纤维素微纤增强聚合物复合材料的方法
CN102758262A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 中国科学院化学研究所 超疏油的水下自清洁的矿化纤维膜及其制备方法
CN104562442A (zh) * 2015-02-05 2015-04-29 东北林业大学 静电纺丝制备纤维素基纳米复合纤维薄膜的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101397372A (zh) * 2007-09-28 2009-04-01 北京化工大学 纳米纤维增强增韧树脂基复合材料的方法
CN101487146A (zh) * 2008-01-14 2009-07-22 北京服装学院 一种电纺发光纳米纤维及其制备方法
CN101693832A (zh) * 2009-10-14 2010-04-14 长春理工大学 一种制备稀土配合物/聚甲基丙烯酸甲酯复合发光纳米带的方法
CN101818382A (zh) * 2009-12-09 2010-09-01 兰州理工大学 制备定向碳纳米管增强聚合物纳米纤维的静电纺丝装置
CN102344685A (zh) * 2010-08-05 2012-02-08 中国科学院化学研究所 一种制备纳米纤维素微纤增强聚合物复合材料的方法
CN102758262A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 中国科学院化学研究所 超疏油的水下自清洁的矿化纤维膜及其制备方法
CN104562442A (zh) * 2015-02-05 2015-04-29 东北林业大学 静电纺丝制备纤维素基纳米复合纤维薄膜的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡琪等: "纤维素纳米粒子增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备和性能", 《东北林业大学学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105780184A (zh) * 2016-05-23 2016-07-20 扬州大学 一种将羧甲基纤维素进行静电纺丝制成纤维的方法
CN105780184B (zh) * 2016-05-23 2018-01-09 扬州大学 一种将羧甲基纤维素进行静电纺丝制成纤维的方法
CN106057279A (zh) * 2016-05-27 2016-10-26 北京林业大学 一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜及其制备方法
CN105999363A (zh) * 2016-06-28 2016-10-12 郭迎庆 一种海藻酸钙/银纳米粒子纤维丝的制备方法
CN113604969A (zh) * 2021-07-19 2021-11-05 东北林业大学 一种纤维素基复合纳米纤维薄膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105506858B (zh) 2017-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Alignment of cellulose nanofibers: harnessing nanoscale properties to macroscale benefits
CN104562292B (zh) 多孔微纳米pet纤维的制备方法
CN106835304B (zh) 一种静电纺丝-电动喷涂装置及其应用
CN105506858A (zh) 静电纺丝制备纤维素增强纳米复合纤维薄膜的方法
Yang et al. Effect of solution concentration on diameter and morphology of PVA nanofibres in bubble electrospinning process
Zhang et al. Shape memory polymer nanofibers and their composites: electrospinning, structure, performance, and applications
CN107747165B (zh) 一种超亲水聚酯纳米纤维膜及其制备方法
CN102605554A (zh) 一种超疏水及超亲水静电纺丝纳米纤维复合膜的制备方法
CN107938169A (zh) 一种poss改性纳米纤维膜及其制备方法和应用
Jia et al. Preparation of helical fibers from cellulose–cuprammonium solution based on liquid rope coiling
Ju et al. Preparation of elastomeric tree-like nanofiber membranes using thermoplastic polyurethane by one-step electrospinning
CN103757742B (zh) 一种表面含氟的核壳结构纳米纤维的制备方法
CN108187503A (zh) 一种蒙脱土增强型壳聚糖复合醋酸纤维素薄膜的制备方法
Zhang et al. Effects of heat treatment on the morphology and performance of PSU electrospun nanofibrous membrane
CN102817178A (zh) 提高聚乙烯醇纳米纤维膜热稳定性和力学性能的方法
CN103865104B (zh) 一种核壳纳米颗粒的制备方法
EP2909365A1 (en) Method of spinning fibres or extrusion, and the products obtained
CN110067082A (zh) 一种纳米发电机用微米级摩擦层及其制备方法
CN204676205U (zh) 一种大规模磁纺设备
CN101949071B (zh) 一种生物可降解复合纤维的生产方法
Yin et al. Numerical approach to high-throughput of nanofibers by a modified bubble-electrospinning
Wang et al. Assembling nanocelluloses into fibrous materials and their emerging applications
CN110863349B (zh) 一种离心纺纳米纤维体型材料的制备方法
CN103143060A (zh) 具有有序等级纳米结构的三维多孔膜的制备方法
CN104562442B (zh) 静电纺丝制备纤维素基纳米复合纤维薄膜的方法

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171114

Termination date: 20190126

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee