CN114381822A - 具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,包括以下步骤:采用一步溶剂热法,在表面活性剂存在的条件下,制备得到海胆状SnS微米花,分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次,真空干燥后备用;将干燥后的SnS微米花添加至聚合物溶液中,利用静电纺丝装置制备得到SnS微米花掺杂的聚合物纤维毛毡。本发明通过溶剂热法,制备得到了具有海胆状结构的SnS微米花,通过静电纺丝法,制备得到了SnS掺杂的静电纺丝纳米纤维,利用二维烯类材料独特的光热转换能力,实现了静电纺丝纳米纤维光热功能化,拓宽了其在光热抗菌、海水淡化、光热治疗等方面的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,属于无机纳米材料和光热功能材料制备技术领域。
背景技术
具有优异抗菌性能的新型材料在生命健康领域具有非常重要的市场需求和巨大的市场价值,能有效保障生命安全,阻碍细菌的增值和二次传播。目前,静电纺丝纳米纤维材料由于制备方法简单,成本低、制备周期短和纤维性能优异等特点,作为功能防护性材料,广泛应用于多种技术领域,如防护面罩、防护、海水淡化膜等工业领域。然而,目前静电纺丝纳米纤维的抗菌性能不理想,研究开发具有优异灭菌功能的静电纺丝防护材料,能有效减少资源的浪费,提高材料的抗菌能力,延长材料的使用期限,对国民经济和人民生命健康具有重要的社会价值和科学意义。光热灭菌作为一种新兴的技术,可以利用光热功能材料带隙的特殊性,将光能转化为局域热能,进一步杀死细菌,具有低能耗、环境友好和安全性高等优势,有望实现防护用品的远程精准灭菌。
硫化亚锡(SnS)具有典型的二维层状结构,其特殊的类石墨结构赋予SnS优异的电化学性能、光催化性能、光电响应能力和光热转换能力。目前,关于SnS二维材料的研究多集中在提高SnS的电化学稳定性和电催化性能。少数研究报道了SnS掺杂纳米纤维的光催化性能和电化学性能。例如,CN107008503A公开了一种用于可见光催化的SnS-SnS2电纺纤维复合材料的制备方法,以电纺纤维毡作为光催化剂的载体,可提高光利用效率和复合材料的稳定性,减少催化剂的流失。CN109286011A公开了一种柔性SnS-C纳米纤维的静电纺丝制备方法,制备得到的SnS-C纳米纤维具有均匀的直径,且具有优异的电化学性能。然而,关于SnS二维材料的光热性能方面的研究鲜有报道。因此,利用SnS优异的光热转换能力,制备具有光热功能的新型防护材料,对拓宽SnS在新型医用灭菌材料方向上的应用具有非常重要的市场价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维及其制备方法。
一、海胆状SnS微米花的制备
本发明具有海胆状结构的SnS微米花的制备方法,采用一步溶剂热法,将锡源材料和硫源材料以一定的摩尔比分别在相同体积的溶剂中进行分散,磁力搅拌10~30min;随后将上述两种溶液先后加入至溶有表面活性剂的相同溶剂中,磁力搅拌10~30min;混合均匀后,将混合溶液转移至高压反应釜中,在150~200℃下进行溶剂热反应5~24h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于30~80℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
其中,锡源材料为锡盐化合物,包括SnCl2·2H2O、SnCl2、SnCl4·5H2O、SnCl4、Sn(COO)2、SnSO4中的一种或两种。
硫源材料为硫代乙酰胺、硫脲、硫代异丁酰胺、硫代乙酸胺、乙基硫代乙酰胺、烯丙基硫脲、硫代乙酸、硫代苯甲酰胺、二硫代脲、硫代乙酰苯胺中的一种或两种。
锡源材料和硫源材料的摩尔比为1:0.1~1:10。
溶剂为去离子水、乙二醇、异丙醇、正丁醇中的一种或两种,锡源材料和硫源材料在溶剂中的浓度为0.01~0.1mmol/mL。
表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、吐温-80、聚乙二醇、月桂醇聚氧乙烯醚、硬脂酸钠中的一种或两种,其浓度为0.005~0.1g/mL。
二、SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备
采用静电纺丝装置,制备SnS微米花掺杂静电纺丝纤维,首先配制混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5~2h分散均匀,随后将聚合物添加至上述分散液中,在30~80℃下,磁力搅拌6~48h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚合物纤维毛毡,真空干燥12~48h,烘干残余溶剂。
其中,混合溶液为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺,氯仿、丙酮、无水乙醇、二氧六环、四氢呋喃、苯、甲苯、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或两种。
混合溶液中,聚合物惰性溶剂和良溶剂的体积比为0:10~9:1。
聚合物为聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚己内酯、聚丙交酯-乙交酯共聚物、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚乙烯亚胺中的一种或两种,聚合物在混合溶液中的浓度为1~30wt%。
SnS微米花的添加量为聚合物的质量的1~60wt%。
静电纺丝的实验参数如下,施加正高压为8~30KV,施加负高压为-10~0KV,针头与收集器之间的距离为8~25cm,给液速率为0.05~0.3mm/min。
静电纺丝中采用的针头型号为16G、18G、20G、21G、22G、23G、25G、27G。
静电纺丝中的收集器为平面型收集器、取向丝束收集器、转棍型收集器,其中转棍型收集器和取向丝束收集器的转速为10~100rpm。
综上所述,本发明制备的具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维相对现有技术具有以下优势:
1.、本发明中制备的具有SnS光热纳米材料,具有海胆状微米花结构,尺寸均一,形貌特殊,在光热功能纳米材料领域具有特异性。
2、本发明中制备的具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维,海胆状SnS微米花镶嵌在纤维内部,分布均一,结合强度较高,并且可掺杂于多种聚合物静电纺丝纤维中,可适性强,本发明所采用的制备方法能够适用于多种材质的功能防护电纺材料,包括聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯亚胺等;
3、本发明中制备的具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维,利用SnS微米花优异的光热转换能力,在0.2W cm-2密度的模拟太阳光照射下,1min即可升温至72℃,极大地促进了具有光热功能的防护材料在光热灭菌和生物医用材料领域的应用。
附图说明
图1为掺杂海胆状SnS微米花的静电纺丝聚乳酸纳米纤维的扫描电镜照片。
图2为实施例2的对比实验中制备得到的静电纺丝聚乳酸纤维,在0.2W cm-2模拟太阳光照射1min后的红外成像图片。
图3为实施例2制备得到的SnS微米花掺杂静电纺丝聚乳酸纤维,在0.2W cm-2模拟太阳光照射1min后的红外成像图片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备和性能作进一步说明。
实施例1
将1.0mmol SnCl2·2H2O和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6mL异丙醇中分散均匀,磁力搅拌20min;随后将1.0g聚乙烯吡咯烷酮分散在30mL异丙醇中,磁力搅拌30min充分溶解;然后将SnCl2·2H2O和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中,磁力搅拌30min;混合均匀后,将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中,经不锈钢反应釜密封后,在170℃下进行溶剂热反应10h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于40℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
配制N,N-二甲基甲酰胺:氯仿=7:3的混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5h分散均匀,随后将聚乳酸添加至上述分散液中,在30℃下,磁力搅拌12h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,聚乳酸在溶液中的浓度为10wt%,SnS微米花添加量为聚乳酸质量的5wt%。利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚乳酸纤维毛毡,真空干燥24h,烘干残余溶剂。其中,静电纺丝的实验参数设置如下:正高压15KV,负高压-5KV,针头与收集器之间的距离为10cm,给液速率为0.1mm/min,针头型号20G,收集器为转棍型收集器(转速100rpm)。
实施例2
将1.0mmol SnCl2·2H2O和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6mL异丙醇中分散均匀,磁力搅拌20min;随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30mL异丙醇中,磁力搅拌30min充分溶解;然后将SnCl2·2H2O和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中,磁力搅拌30min;混合均匀后,将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中,经不锈钢反应釜密封后,在160℃下进行溶剂热反应12h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于40℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
配制N,N-二甲基甲酰胺:氯仿=2:8的混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5h分散均匀,随后将聚乳酸添加至上述分散液中,在30℃下,磁力搅拌12h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,聚乳酸在溶液中的浓度为8wt%,SnS微米花添加量为聚乳酸质量的10wt%。利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚乳酸纤维毛毡,真空干燥24h,烘干残余溶剂。其中,静电纺丝的实验参数设置如下:正高压23KV,负高压-0KV,针头与收集器之间的距离为10cm,给液速率为0.1mm/min,针头型号20G,收集器为转棍型收集器(转速100rpm)。
作为对比实验,制备了不添加SnS微米花的静电纺丝聚乳酸纳米纤维,静电纺丝过程的实验参数设置同上。
实施例3
将1.0mmol SnCl2·2H2O和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6mL异丙醇中分散均匀,磁力搅拌20min;随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30mL异丙醇中,磁力搅拌30min充分溶解;然后将SnCl2·2H2O和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中,磁力搅拌30min;混合均匀后,将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中,经不锈钢反应釜密封后,在160℃下进行溶剂热反应12h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于40℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
配制N,N-二甲基甲酰胺:氯仿=2:8的混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5h分散均匀,随后将据聚偏氟乙烯添加至上述分散液中,在30℃下,磁力搅拌12h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,聚偏氟乙烯在溶液中的浓度为8wt%,SnS微米花添加量为聚偏氟乙烯质量的10wt%。利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚偏氟乙烯纤维毛毡,真空干燥24h,烘干残余溶剂。其中,静电纺丝的实验参数设置如下:正高压23KV,负高压-0KV,针头与收集器之间的距离为10cm,给液速率为0.1mm/min,针头型号20G,收集器为转棍型收集器(转速100rpm)。
实施例4
将1.0mmol SnCl2·2H2O和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6mL异丙醇中分散均匀,磁力搅拌20min;随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30mL异丙醇中,磁力搅拌30min充分溶解;然后将SnCl2·2H2O和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中,磁力搅拌30min;混合均匀后,将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中,经不锈钢反应釜密封后,在160℃下进行溶剂热反应12h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于40℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
配制N,N-二甲基甲酰胺:氯仿=2:8的混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5h分散均匀,随后将据聚偏氟乙烯添加至上述分散液中,在30℃下,磁力搅拌12h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,聚偏氟乙烯在溶液中的浓度为8wt%,SnS微米花添加量为聚偏氟乙烯质量的10wt%。利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚偏氟乙烯纤维毛毡,真空干燥24h,烘干残余溶剂。其中,静电纺丝的实验参数设置如下:正高压23KV,负高压-0KV,针头与收集器之间的距离为10cm,给液速率为0.1mm/min,针头型号20G,收集器为平面型收集器。
实施例5
将1.0mmol SnCl2·2H2O和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6mL异丙醇中分散均匀,磁力搅拌20min;随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30mL异丙醇中,磁力搅拌30min充分溶解;然后将SnCl2·2H2O和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中,磁力搅拌30min;混合均匀后,将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中,经不锈钢反应釜密封后,在160℃下进行溶剂热反应12h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于40℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
配制N,N-二甲基甲酰胺:氯仿=3:7的混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5h分散均匀,随后将据聚偏氟乙烯添加至上述分散液中,在30℃下,磁力搅拌12h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,聚偏氟乙烯在溶液中的浓度为8wt%,SnS微米花添加量为聚偏氟乙烯质量的10wt%。利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚偏氟乙烯纤维毛毡,真空干燥24h,烘干残余溶剂。其中,静电纺丝的实验参数设置如下:正高压23KV,负高压-0KV,针头与收集器之间的距离为10cm,给液速率为0.1mm/min,针头型号20G,收集器为平面型收集器。
实施例6
将1.0mmol SnCl2·2H2O和1.0mmol硫代乙酰胺分别在1.6mL异丙醇中分散均匀,磁力搅拌20min;随后将0.5g聚乙烯吡咯烷酮分散在30mL异丙醇中,磁力搅拌30min充分溶解;然后将SnCl2·2H2O和硫代乙酰胺的分散液先后加入至溶有聚乙烯吡咯烷酮的异丙醇溶液中,磁力搅拌30min;混合均匀后,将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中,经不锈钢反应釜密封后,在160℃下进行溶剂热反应12h;待反应釜自然冷却至室温,用蒸馏水和无水乙醇分别离心洗涤三次,于40℃下真空干燥后得到海胆状SnS微米花。
配制N,N-二甲基甲酰胺:氯仿=4:6的混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5h分散均匀,随后将据聚偏氟乙烯添加至上述分散液中,在30℃下,磁力搅拌12h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,聚偏氟乙烯在溶液中的浓度为8wt%,SnS微米花添加量为聚偏氟乙烯质量的10wt%。利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚偏氟乙烯纤维毛毡,真空干燥24h,烘干残余溶剂。其中,静电纺丝的实验参数设置如下:正高压23KV,负高压-0KV,针头与收集器之间的距离为10cm,给液速率为0.1mm/min,针头型号20G,收集器为平面型收集器。
对实施例2制得的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维进行性能评价:
1.SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的微观形貌观察
测试方法:采用ZEISS Gemini SEM 300型扫描电子显微镜观察静电纺丝后的SnS微米花掺杂聚乳酸纤维,加速电压为5kV。
图1为掺杂海胆状SnS微米花的静电纺丝聚乳酸纳米纤维的扫描电镜照片,从图中可以看出,海胆状SnS微米花镶嵌在纤维内部,分布均一,结合强度较高。
2.SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的光热性能评价
测试方法::采用350W短弧氙灯模拟太阳光照射无SnS掺杂的聚乳酸纤维和SnS微米花掺杂的聚乳酸纤维,能量密度为0.2W cm-2,照射距离为25cm;采用希玛仪表的ST9450A+型热成像仪记录超疏水海绵的表面温度随照射时间的变化情况,热成像仪与样品之间的距离设定为25cm。
图2为对比实验中制备得到的无掺杂静电纺丝聚乳酸纤维,在0.2W cm-2模拟太阳光照射1min后的红外成像图片,其表面温度为26.5℃。
图3为SnS微米花掺杂静电纺丝聚乳酸纤维,在0.2W cm-2模拟太阳光照射1min后的红外成像图片,其表面温度升高至72.0℃,证明SnS微米花掺杂静电纺丝纤维具有优异的光热转换能力。
Claims (9)
1.一种具有光热功能的静电纺丝纳米纤维,其特征在于,所述纳米纤维由掺杂有SnS的聚合物溶液静电纺丝制得,SnS呈现海胆状微米花结构,直径在1~4μm,SnS微米花均匀镶嵌在静电纺丝纳米纤维内部。
2.一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于,采用一步溶剂热法,制备得到海胆状SnS微米花;配制混合溶液,将干燥后的SnS微米花添加至上述混合溶液中,磁力搅拌0.5~2h分散均匀,得到分散液,随后将聚合物添加至上述分散液中,在30~80℃下,磁力搅拌6~48h至聚合物充分溶解,得到纺丝溶液,利用静电纺丝装置,得到SnS微米花掺杂的聚合物纤维毛毡,真空干燥12~48h,烘干残余溶剂。
3.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述混合溶液为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺,氯仿、丙酮、无水乙醇、二氧六环、四氢呋喃、苯、甲苯、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或两种。
4.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述混合溶液中,聚合物惰性溶剂和良溶剂的比例为0:10~9:1。
5.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述聚合物为聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚己内酯、聚丙交酯-乙交酯共聚物、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚乙烯亚胺中的一种或两种,聚合物在混合溶液中的浓度为1~30wt%。
6.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述SnS微米花的添加量为聚合物的质量的1~60wt%。
7.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述静电纺丝的实验参数如下,施加正高压为8~30KV,施加负高压为-10~0KV,针头与收集器之间的距离为8~25cm,给液速率为0.05~0.3mm/min。
8.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述静电纺丝中采用的针头型号为16G、18G、20G、21G、22G、23G、25G或27G。
9.如权利要求2所述一种具有光热功能的SnS微米花掺杂静电纺丝纤维的制备方法,其特征在于:所述静电纺丝中的收集器为平面型收集器、取向丝束收集器或转棍型收集器,其中转棍型收集器和取向丝束收集器的转速为10~100rpm。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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