CN108221384B

CN108221384B - 一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法

Info

Publication number: CN108221384B
Application number: CN201711478499.7A
Authority: CN
Inventors: 岳航勃; 郭建维; 郑萍璇; 杨楚芬
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN108221384A

Abstract

本申请属于高分子材料科学领域，具体涉及一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法。本发明所提供的制备方法为：将纤维置于聚乳酸溶液中浸涂，晾干；聚乳酸溶液中聚乳酸的质量百分比浓度为1wt％～5wt％；浸涂的时间为50s～80s。本发明方法工艺简单经济、操作方便快捷、耗时短，由此得到的聚乳酸纤维复合表面多孔膜是一种高度有序多孔的、稳定性强、比表面积大的材料，绿色无污染，可广泛应用在工业催化、生物医药、燃料电池质子交换膜、高端分离技术等方面生物医药、燃料电池质子交换膜、高端分离技术等方面。

Description

一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料科学领域，具体涉及一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法。

背景技术

多孔材料是指含有一定数量孔洞的固体，其典型结构主要是由大量多边形孔在平面聚集的二维结构，形状类似于蜂房的六边形结构而称为“蜂窝”，另一种是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构，通常称为“泡沫”材料。多孔材料由于其特殊的多孔性结构，使其具有高比表面积、高透过性、可组装性等诸多优异的物理与化学性能，可广泛应用在化工、生物医药、环保、功能材料等领域。

多孔膜材料按照材料可以分为：无机材料多孔膜、有机材料多孔膜以及合成材料多孔膜，其中复合材料多孔膜是由两种或以上的材料合成，以此来提高选择性和稳定性。而制备有序多孔膜材料的方法有很多，如光刻技术、软刻技术，但因其工艺复杂，制作成本高昂，难以推广应用。近年来，使用自上而下的自组装模板法制备有序多孔膜，如胶体晶体组装法、嵌段聚合物微相分离法和水滴模板法等，但也存在工艺复杂且对成膜材料的要求和限制，极大地局限了其应用范围。因此，我们极力寻找一种简单经济且操作工艺简单的方法来制备有序多孔膜材料。

公开号为CN106496613A的中国专利公开了一种立体复合聚乳酸多孔膜材料的制备方法，采用浇注成膜的方法制备不同厚度的立构复合聚乳酸膜材料，然后将其放入蛋白酶K降解液中，与恒温烘箱中进行降解，不同时间取样，进而具备具有多孔结构的立体复合聚乳酸多孔膜材料。由于生物酶的活性不稳定，容易受到多种外界因素的影响，且在特定时间内才有生物活性，因而在制备过程中需要定期更换蛋白酶，制备效果不稳定，操作繁琐；同时，蛋白酶降解液的降解速度比较慢，耗时长。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法，其操作工艺简单、耗时短、成本低廉且产物绿色无污染。

本发明的具体技术方案如下：

一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法，将纤维置于聚乳酸溶液中浸涂，晾干；

所述聚乳酸溶液中聚乳酸的质量百分比浓度为1wt％～5wt％；

所述浸涂的时间为50s～80s。

优选的，所述聚乳酸的数均分子量为200000至250000道尔顿。

优选的，所述纤维为纳米碳纤维或天然纤维。

优选的，所述聚乳酸溶液为聚乳酸溶解在有机溶剂中的溶液。

更优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯或二甲基甲酰胺。

本发明还提供了上述制备方法得到的聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料，包括：纤维层和聚乳酸三维多孔膜；所述聚乳酸三维多孔膜包裹在所述纤维层的表面。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)制备工艺简单经济、操作方便快捷、耗时短，适合工业化生产；

2)由本发明方法得到的聚乳酸纤维复合表面多孔膜是一种高度有序多孔的、稳定性强、比表面积大的材料，绿色无污染，可广泛应用在工业催化、生物医药、燃料电池质子交换膜、高端分离技术等方面生物医药、燃料电池质子交换膜、高端分离技术等方面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法示意图；

图2为实施案例1聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料中的NCF表面上典型聚乳酸多孔膜的SEM图；

图3为实施案例2聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的SEM图；

图4为实施案例5聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的SEM图；

图5为对比例1中纤维在10wt％聚乳酸溶液中浸涂1min后得到的聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的SEM图；

图6为对比例2中纤维在3wt％聚乳酸溶液中浸涂5min后得到的聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1)称取5g数均分子量为200000道尔顿的聚乳酸(PLA)，搅拌溶解在150mL二氯甲烷中，在室温下即可得到浓度为2.5wt％的聚乳酸溶液；

2)将纳米碳纤维(NCF)浸入步骤1)中浓度为2.5wt％的聚乳酸溶液中，浸涂50s后取出，置于通风橱中自然晾干即可。

图1为聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的浸涂法示意图，图2为聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的NCF表面上典型聚乳酸多孔膜的SEM图。从SEM图像上看到有许多接近圆形孔的聚乳酸膜，而且这些多孔是均匀分布。大多数孔的直径为1～31μm，并且似乎彼此隔离分开，而间隔的距离通常小于1μm。

聚乳酸(PLA)来源于天然可再生资源，来源广泛、无毒、无刺激性，是一种优良的生物相容性和可生物降解性的材料，同时它具有易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解消耗，最终形成无毒的水和二氧化碳，对环境不造成污染，成为目前最具有发展潜力的生物可降解高分子材料。

本发明的制备工艺简单、操作方便、耗时短，且制备成的多孔膜是高度有序多孔的、具有稳定性强、比表面积大的材料，是一种可以高效大范围制备多孔膜的办法。

实施例2

1)称取5g数均分子量为250000道尔顿的聚乳酸(PLA)，在搅拌下溶解在125mL二氯甲烷中，在室温下即可得到浓度梯度为3.0wt％的聚乳酸溶液；

2)将纳米碳纤维(NCF)浸入步骤1)浓度为3.0wt％的聚乳酸溶液中，60s后取出，置于通风橱中自然晾干即可。

图3为聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料中不同的孔的SEM图，如图所示，在NFC纤维表面还存在其他不同的孔排列，表现出不同孔的形貌类型：A为非圆形和变形的孔隙；B为浅孔表明它们只含有聚合物和空气而看不到聚合物孔下面的NCF纤维；C为“完整的”多孔结构，这意味着聚合物孔下面的纤维仍然是可见的，描述这种多孔结构需要三种组分：聚合物、纤维和空气。纤维表面的多孔膜材料具有空间立体构型，具有三维贯穿的孔结构。

实施例3

1)称取5g数均分子量为250000道尔顿的聚乳酸(PLA)，在搅拌下溶解在100mL二氯甲烷中，在室温下即可得到浓度梯度为3.5wt％的聚乳酸溶液；

2)将纳米碳纤维(NCF)浸入步骤1)浓度为3.5wt％的聚乳酸溶液中，60s后取出，置于通风橱中自然晾干即可。

实施例4

2)将纳米碳纤维(NCF)浸入步骤1)浓度为3.0wt％的聚乳酸溶液中，80s后取出，置于通风橱中自然晾干即可。

实施例5

2)将天然纤维浸入步骤1)浓度为3.0wt％的聚乳酸溶液中，60s后取出，置于通风橱中自然晾干即可。

图4为聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的SEM图，如图所示，在天然纤维的表面也形成了高度有序且分布均匀的聚乳酸多孔膜。

对比例1

1)将数均分子量为200000道尔顿的聚乳酸搅拌溶解在二氯甲烷中，室温下配成浓度为10wt％的聚乳酸溶液；

2)将纳米碳纤维浸入聚乳酸溶液中，浸涂1min后取出，置于通风橱中自然晾干即可，图5为聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的浸涂法示意图。

对比例2

1)将数均分子量为200000道尔顿的聚乳酸搅拌溶解在二氯甲烷中，室温下配成浓度为3wt％的聚乳酸溶液；

2)将纳米碳纤维浸入聚乳酸溶液中，浸涂5min后取出，置于通风橱中自然晾干即可，图6为聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的浸涂法示意图。

将图5和图6与实施例1～5的结果进行对比，可发现，当聚乳酸溶液的浓度过高(如10wt％)或浸涂时间过长(如5min)，附着在纤维表面上的聚乳酸超过能够形成规则多孔膜的最优含量，过多的PLA会在多孔膜表面物理沉积，形成一层较厚的高分子层，进而失去多孔膜的特征。相反，当聚乳酸溶液的浓度低于1wt％或浸涂时间小于50s时，附着在纤维上的PLA达不到形成多孔膜所需的最少量，最终也不能得到PLA多孔膜。

表明由本发明方法制得的聚乳酸纤维复合表面多孔膜效果最优，是一种高度有序多孔的、稳定性强、比表面积大的材料，绿色无污染；其制备工艺简单经济、操作方便快捷、耗时短，适合工业化生产，可广泛应用在工业催化、生物医药、燃料电池质子交换膜、高端分离技术等方面生物医药、燃料电池质子交换膜、高端分离技术等方面。

Claims

1.一种聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料的制备方法，其特征在于，将纤维置于聚乳酸溶液中浸涂，晾干；

所述聚乳酸溶液中聚乳酸的质量百分比浓度为1wt％～5wt％；

所述浸涂的时间为50s～80s；

所述聚乳酸的数均分子量为200000至250000道尔顿。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维为纳米碳纤维或天然纤维。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸溶液为聚乳酸溶解在有机溶剂中的溶液。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯或二甲基甲酰胺。

5.权利要求1至4任意一项所述制备方法得到的聚乳酸纤维复合表面多孔膜材料，其特征在于，包括：纤维层和聚乳酸三维多孔膜；

所述聚乳酸三维多孔膜包裹在所述纤维层的表面。