CN115522278A - 用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用 - Google Patents

用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115522278A
CN115522278A CN202211122681.XA CN202211122681A CN115522278A CN 115522278 A CN115522278 A CN 115522278A CN 202211122681 A CN202211122681 A CN 202211122681A CN 115522278 A CN115522278 A CN 115522278A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanofiber
hydrophobic
polyamideimide
super
spinning
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
CN202211122681.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN115522278B (zh
Inventor
周华
张晓玉
牛海涛
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.)
Jiangsu New Vision Advanced Functional Fiber Innovation Center Co ltd
Qingdao University
Original Assignee
Jiangsu New Vision Advanced Functional Fiber Innovation Center Co ltd
Qingdao 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 Jiangsu New Vision Advanced Functional Fiber Innovation Center Co ltd, Qingdao University filed Critical Jiangsu New Vision Advanced Functional Fiber Innovation Center Co ltd
Priority to CN202211122681.XA priority Critical patent/CN115522278B/zh
Publication of CN115522278A publication Critical patent/CN115522278A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115522278B publication Critical patent/CN115522278B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • D01F6/88—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/94—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of other polycondensation products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • 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
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • 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
    • 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
    • D04H1/4326—Condensation or reaction polymers
    • 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
    • D04H1/43838—Ultrafine fibres, e.g. microfibres
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

本发明属于特殊润湿性纳米材料技术领域，公开了一种具有超疏水性能的耐高温聚酰胺酰亚胺纳米纤维材料及其制备方法、以及在制备过滤材料中的应用。其中，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，通过静电纺丝形成纳米级的纤维直径，其具有耐高温性质，且水接触角大于150°。本发明以耐高温聚合物PAI、疏水添加剂以及良溶剂的混合溶液作为静电纺丝液，利用静电纺丝设备一步制得所述的超疏水PAI纳米纤维材料。本发明提供的耐高温纳米纤维主要用作过滤材料，其具有超疏水性、易清洁除尘，而且对细微颗粒物具有较高的过滤效率，利于应用。本发明制备方法简便，适于规模化推广。

Description

用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制 备方法、应用
技术领域
本发明属于高性能材料及空气过滤交叉技术领域，或属于特殊润湿性纳米材料技术领域，具体涉及一种具有超疏水性能的耐高温聚酰胺酰亚胺纳米纤维材料及其制备方法、以及在制备过滤材料中的应用。本发明主要通过静电纺丝技术，制备高性能超疏水PAI纳米纤维材料，实现其在极端条件(如高温，潮湿等)过滤领域的应用。
背景技术
随着我国对工业废气排放，尤其是火力电厂、钢铁冶炼、垃圾焚烧和水泥窑炉等重污染工业产生的高温含尘烟气排放制定了越来越严格的标准，耐高温空气过滤材料越来越受到人们的关注。同时，耐高温空气过滤材料也被广泛地应用于汽车行业、制药工业、环保业、核工业及军事领域等。全世界对过滤材料的需求也在逐年上升，对空气净化行业也提出了更高的要求，在空气过滤领域非织造过滤材料已经逐渐取代传统纺织过滤材料，耐高温空气过滤材料迎来了迅速发展的时代。但目前大多数滤料的纤维直径较大，孔径大，导致对于微小颗粒的捕捉能力较差。
而通过静电纺丝制备的纤维膜具有比表面积大、孔径尺寸小，对细微颗粒物过滤效率高等特点，可被用作高效空气过滤材料。因此，利用静电纺丝技术制备具有耐高温性的高效过滤材料迫在眉睫。
公开号为CN 113832558 A的中国专利文献公开了一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺(PAI)卷曲纳米纤维及其制备方法，其所用的聚合物为PAI，通过添加羟基磷灰石、二氧化硅、聚四氟乙烯、氮化硅、石墨烯等驻极材料，来控制静电纺丝设备所成型的卷曲纳米纤维材料的结构和驻极效应，所得材料具有纳米级的纤维直径，其兼具结构优势和表面效应。然而，目前多数过滤材料为亲水材料，在湿态下其过滤性能会大大降低，而且不容易清洁；对于具有驻极效应的过滤材料，较高亲水性会影响其驻极效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用，本发明提供的耐高温纳米纤维主要用作过滤材料，其具有超疏水性、易清洁除尘，而且对细微颗粒物具有较高的过滤效率。
本发明提供一种用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，通过静电纺丝形成纳米级的纤维直径，其具有耐高温性质，且水接触角大于150°。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
本发明实施例所述的用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，以耐高温聚合物PAI、疏水添加剂以及良溶剂的混合溶液作为静电纺丝液，利用静电纺丝设备一步制得所述的超疏水PAI纳米纤维材料，所述纤维材料的主要成分为疏水改性PAI，水接触角大于150°，即具有超疏水性。
其中：
优选地，所述的超疏水PAI纳米纤维具有平直均匀的纳米级纤维形态，直径范围可控；其纤维平均直径为10nm～1000nm，优选为50nm～500nm，进一步优选为100～300nm。
优选地，所述的超疏水PAI纳米纤维材料具有良好的耐高温性能，如纤维结构在低于235℃环境下保持稳定；其纤维结构进一步可在100～230℃环境下保持稳定。
本发明提供如前所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
将聚酰胺酰亚胺、良溶剂和疏水添加剂混合，得到纺丝溶液；所述聚酰胺酰亚胺在纺丝溶液中的质量浓度不低于10％；所述疏水添加剂为低表面能有机物质和/或疏水无机纳米粒子；
将所述纺丝溶液使用静电纺丝设备进行静电纺丝，得到超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维。
本发明实施例超疏水PAI纳米纤维的制备方式为静电纺丝，首先将聚酰胺酰亚胺(PAI)溶解于良溶剂中，获得聚合物溶液，然后加入疏水添加剂，搅拌均匀后配成稳定的纺丝溶液(即静电纺丝液)。
本发明实施例主要采用聚酰胺酰亚胺，溶于其良溶剂中配制纺丝原液；聚酰胺酰亚胺简称PAI(Polyamide-imide)，是酰亚胺环和酰胺键有规则交替排列的一类聚合物。在本发明的实施例中，所述聚酰胺酰亚胺形态为粉末状，采用市售原料。具体地，所用PAI分子量在10万左右，PAI玻璃化温度为250～300℃，热转变温度为269℃。所述的聚合物在纺丝溶液中的质量浓度不低于10％，优选为10％～32％，更优选为17％～30％，进一步为25％。较低浓度的聚酰胺酰亚胺纺丝液制备纤维时，容易出现串珠状纤维。
同时，本发明实施例添加疏水整理剂或疏水纳米粒子作为疏水添加剂，配制共混的纺丝液。本发明所述疏水添加剂为具有一定疏水功能的物质，具体为低表面能有机物质、疏水无机纳米粒子中的一种或多种。其中，所述低表面能有机物质包括但不限于：全氟辛基三乙氧基硅烷、C12～16长链烷基三甲氧基硅烷、十八胺和聚四氟乙烯中的一种或多种，例如为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、十八胺、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或聚四氟乙烯；所述疏水无机纳米粒子如：纳米二氧化硅和纳米二氧化钛中的一种或多种，粒径范围20nm～200nm。作为优选，所述疏水添加剂在纺丝溶液中的含量为0.01～5％wt/v，例如在100ml溶液中加入1～5g。
在本发明的实施例中，所述良溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿和二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种，优选为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。本发明实施例具体将上述的聚合物及其良溶剂混合后，在30～60℃搅拌3～8h使PAI溶解，之后加入疏水(性)添加剂，可室温搅拌，配成均匀的纺丝液。
本发明实施例利用高压静电纺丝设备进行静电纺丝，所述静电纺丝得到的纳米纤维可收集到无纺布基材上，形成具有超疏水性能的PAI纳米纤维膜。该制备过程可通过调控纺丝工艺参数，以及纺丝液的组成来控制所成型纳米纤维材料的结构和润湿性。
在本发明实施例所述的静电纺丝过程中，纺丝电压为10～50KV，接收距离为10～50cm，例如为12～25cm等。本发明实施例可通过常规静电纺丝设备进行纺丝，环境湿度10～90％(一般来说，相对湿度：35％～40％)，温度优选为15～50℃(如环境温度为25℃)；灌注速度优选为0.1～10ml/h，速度可调，纺丝时间可为0.1～10h，例如为0.5～5h等。
本发明优选的实施例还包括：将所述的纳米纤维膜烘干去除残留溶剂，得到干燥的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜。示例地，将纳米纤维膜置于20～70℃真空烘箱中烘干4～10h，以完全去除残留溶剂。
此外，本发明实施例提供如前所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维作为过滤材料的应用。在一些实施例中，所制得的纳米纤维膜收集到无纺布基材上，用于耐高温过滤材料；所涉及的无纺布基材可为没有过滤效率的无纺布，本申请并无特殊限制。具体地，无纺布基材为PET无纺布，克重为15g。
与现有技术相比，本发明通过静电纺丝的纤维制备方式，一步法制备具有超疏水性的PAI纳米纤维膜，其为超疏水PAI纳米纤维的膜状集合体(水接触角大于150°)。本发明的制备工序简单、易操作，流程短。本发明所述的具有超疏水性的PAI纳米纤维及其膜材料，在200℃以上的高温条件下保持性能不变。并且，所述具有超疏水性的PAI纳米纤维膜拥有纳米级的纤维直径，直径较细、均匀平直，过滤效率优异；同时具有优异的疏水性能，可用于耐高温过滤材料，特别用于高效空气过滤，提高材料过滤效率，增加材料使用寿命。在本发明实施例中，所制备的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维材料可达到超99.95％的过滤效率；经高温处理后制备的聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜仍具有较高的过滤效率。
附图说明
图1为实施例1制备得到的超疏水PAI纳米纤维膜纤维形貌图；
图2为实施例1制备的超疏水PAI纳米纤维膜纤维直径分布图；
图3为实施例1制备的超疏水PAI纳米纤维膜经220℃高温测试后的纤维形貌图；
图4为实施例1制备的超疏水PAI纳米纤维膜超疏水性能图片；
图5为实施例1制备的超疏水PAI纳米纤维膜高温处理后的超疏水性能图片；
图6为对比例1制备得到的PAI纳米纤维膜被水润湿性图；
图7为对比例2制备得到的PAI纳米纤维膜纤维形貌图；
图8为实施例1制备的耐高温超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的过滤效率数据图；
图9为实施例1制备的PAI纳米纤维膜高温处理前后的过滤效率及其气阻数据图。
具体实施方式
下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。以下实施例采用的原料均为市售，其中，所用聚酰胺酰亚胺为粉末，分子量在10万左右；作为基材的无纺布材质为PET，克重为15g。疏水无机纳米粒子的粒径为20nm～50nm。
实施例1
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将23g聚酰胺酰亚胺加入到100mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌6h至完全溶解，配制成23％的PAI溶液；
(2)向上述PAI溶液中加入3g 1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，室温下搅拌4h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。静电纺丝条件包括：纺丝电压：20KV；灌注速度：0.4ml/h；接收距离：15cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例2
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将25g聚酰胺酰亚胺加入到100ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌6h至完全溶解，配制成25％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入3g十八胺，室温下搅拌4h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：20KV；灌注速度：0.5ml/h；接收距离：15cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例3
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将25g聚酰胺酰亚胺加入到100mlN,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶液中，70℃搅拌5h至完全溶解，配制成25％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入3g纳米二氧化硅、2g 1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，室温下搅拌7h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：18KV；灌注速度：0.6ml/h；接收距离：16cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例4
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将27g聚酰胺酰亚胺加入到100mlN-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中，60℃搅拌4h至完全溶解，配制成27％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入2g纳米二氧化钛、2g十六烷基三甲氧基硅烷，室温下搅拌8h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：18KV；灌注速度：0.5ml/h；接收距离：16cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例5
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将30g聚酰胺酰亚胺加入到100mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌5h至完全溶解，配制成30％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入5g十六烷基三甲氧基硅烷，室温下搅拌8h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：22KV；灌注速度：0.5ml/h；接收距离：16cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例6
所述用于耐高温过滤材料的超疏水PAI纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将23g聚酰胺酰亚胺加入到100mlN,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶液中，40℃搅拌7h至完全溶解，配制成23％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入4g1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，室温下搅拌8h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：20KV；灌注速度：0.4ml/h；接收距离：15cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例7
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将25g聚酰胺酰亚胺加入到100ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌5h至完全溶解，配制成25％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入3g十二烷基三甲氧基硅烷，室温下搅拌8h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：20KV；灌注速度：0.4ml/h；接收距离：15cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
实施例8
所述用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20g聚酰胺酰亚胺加入到100ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌5h至完全溶解，配制成20％的聚酰胺酰亚胺溶液；
(2)向上述聚酰胺酰亚胺溶液中加入3g聚四氟乙烯、2g纳米二氧化钛，室温下搅拌8h至完全溶解、均匀，配制成纺丝溶液；其中，聚四氟乙烯分子量为20万，纳米二氧化钛粒子直径为20nm。
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件包括，纺丝电压：20KV；灌注速度：0.4ml/h；接收距离：15cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的超疏水PAI纳米纤维材料。
对比例1
所述用于耐高温过滤材料的PAI纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将23g聚酰胺酰亚胺加入到100ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌5h至完全溶解，配制成23％的聚酰胺酰亚胺纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件为，纺丝电压：20KV；灌注速度：0.3ml/h；接收距离：16cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的PAI纳米纤维材料。
对比例2
所述用于耐高温过滤材料的PAI纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将15g聚酰胺酰亚胺加入到100ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，60℃搅拌5h至完全溶解，配制成15％的聚酰胺酰亚胺纺丝溶液；
(3)使用上述纺丝溶液通过静电纺丝设备进行纺丝，使用滚筒在没有过滤效率的无纺布上进行收集。纺丝条件为，纺丝电压：20KV；灌注速度：0.2ml/h；接收距离：16cm；纺丝时间：2h；相对湿度：35％～40％；环境温度：25℃；
(4)纺丝完成后，将收集的纳米纤维膜放入70℃的真空烘箱中处理5h，完全去除残留溶剂，获得耐高温的PAI纳米纤维材料。
耐高温及疏水性等测试
将实施例1～8和对比例1～2中的纳米纤维膜置于100～230℃的马弗炉中加热处理1h，取出后冷却至室温，通过扫描电子显微镜观察热处理前后的纤维形貌。
在实施例1～8和对比例1～2中的纳米纤维膜上滴加水滴，观察纳米纤维膜对水的润湿性。
图1为实施例1得到的超疏水PAI纳米纤维的扫描电子显微镜(SEM)照片；可见该纳米纤维膜中纤维形貌平直，均匀且完整。并且，图2为实施例1得到的纳米纤维膜的纤维直径分布图。所制备的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的纤维直径平均在100多纳米左右，如105-115nm。
图3为实施例1制备的超疏水PAI纳米纤维膜经220℃高温测试后的纤维形貌SEM图；从图3可见，所制备的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜经220℃高温处理后，依然能够保持完整的纤维形貌。
图4为实施例1制备的超疏水PAI纳米纤维膜超疏水性能图片，图5为其高温处理后的图片，水接触角153°-157°，所述的纳米纤维膜高温处理前后均具有超疏水性。
图5为对比例1制备得到的PAI纳米纤维膜被水润湿性图；可见未进行疏水改性的纯聚酰胺酰亚胺是亲水的。
图6为对比例2制备得到的PAI纳米纤维膜纤维形貌图；可见其中存在串珠状纤维，不利于应用，会影响材料的过滤性能。
各实施例的测试结果汇总如下：
表1本发明实施例制备超疏水PAI纳米纤维的性能结果
项目 纺丝液稳定性 加热前纤维形貌 加热后纤维形貌 疏水性
实施例1 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例2 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例3 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例4 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例5 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例6 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例7 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
实施例8 稳定 均匀完整 纤维结构完整 疏水
对比例1 稳定 均匀完整 纤维结构完整 亲水
对比例2 稳定 串珠较多 纤维结构完整 亲水
过滤效率采用计数法测试，使用TOPAS自动滤料测试仪进行测试，使用NaCl气溶胶，在32L/min的风速下连同无纺布基材一同进行测量，结果参见图8、图9。图8为实施例1制备的耐高温超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜的过滤效率数据图；图9为实施例1制备的PAI纳米纤维膜高温处理前后的过滤效率及其气阻数据图。所制备的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维材料的过滤效率超过99.95％；该纳米纤维膜经高温处理后仍然有较高的过滤效率(在99％以上)。
由以上实施例可知，本发明通过静电纺丝提供超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，具有纳米级纤维直径，能耐高温，且水接触角大于150°。所述的耐高温纳米纤维主要用作过滤材料，其具有超疏水性、易清洁除尘，而且对细微颗粒物具有较高的过滤效率，利于实现其在高温、潮湿等极端条件过滤领域的应用。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其特征在于，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的主要成分为疏水改性聚酰胺酰亚胺，通过静电纺丝形成纳米级的纤维直径，其具有耐高温性质，且水接触角大于150°。
2.根据权利要求1所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其特征在于，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的平均直径在10～1000nm范围，且平直均匀。
3.根据权利要求1所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维，其特征在于，所述超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的纤维结构在低于235℃环境下保持稳定。
4.如权利要求1-3任一项所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
将聚酰胺酰亚胺、良溶剂和疏水添加剂混合，得到纺丝溶液；所述聚酰胺酰亚胺在纺丝溶液中的质量浓度不低于10％；所述疏水添加剂为低表面能有机物质和/或疏水无机纳米粒子；
将所述纺丝溶液使用静电纺丝设备进行静电纺丝，得到超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酰亚胺形态为粉末状，在纺丝溶液中的质量浓度为10％～32％，优选为17％～30％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述低表面能有机物质选自全氟辛基三乙氧基硅烷、C12～16长链烷基三甲氧基硅烷、十八胺和聚四氟乙烯中的一种或多种；所述疏水无机纳米粒子选自纳米二氧化硅和纳米二氧化钛中的一种或多种；所述疏水添加剂在纺丝溶液中的含量为0.01～5％wt/v。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述良溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亚砜中的至少一种。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝过程中，纺丝电压为10～50KV，接收距离为10～50cm；纺丝环境湿度可为10～90％，温度优选为15～50℃；灌注速度优选为0.1～10ml/h，纺丝时间可为0.1～10h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝得到的纳米纤维收集到无纺布上形成纳米纤维膜；
还包括：将所述纳米纤维膜烘干去除残留溶剂，得到干燥的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维膜。
10.如权利要求1-3任一项所述的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维作为过滤材料的应用。
CN202211122681.XA 2022-09-15 2022-09-15 用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用 Active CN115522278B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211122681.XA CN115522278B (zh) 2022-09-15 2022-09-15 用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211122681.XA CN115522278B (zh) 2022-09-15 2022-09-15 用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115522278A true CN115522278A (zh) 2022-12-27
CN115522278B CN115522278B (zh) 2024-02-02

Family

ID=84696742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211122681.XA Active CN115522278B (zh) 2022-09-15 2022-09-15 用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115522278B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117026512A (zh) * 2023-08-09 2023-11-10 青岛大学 一种聚醚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006169691A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Gun Ei Chem Ind Co Ltd 易分割性繊維束及び微細繊維、ならびにこれらの製造方法
CN101228303A (zh) * 2005-07-29 2008-07-23 东洋纺织株式会社 聚酰胺酰亚胺纤维及由其构成的无纺布及其制造方法以及电子部件用隔离件
KR100945207B1 (ko) * 2008-09-08 2010-03-03 한국전기연구원 불소기 실란 처리된 고점적 코일용 코팅재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 코팅재 그리고 그 코팅재가 피복된 코일
CN113832558A (zh) * 2021-09-24 2021-12-24 天津工业大学 一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺卷曲纳米纤维及其制备方法
JP2022068725A (ja) * 2020-10-22 2022-05-10 日本バイリーン株式会社 フッ素系樹脂粒子含有繊維及び繊維集合体
JP2022079518A (ja) * 2017-08-01 2022-05-26 昭和電工マテリアルズ株式会社 不織布製造用ポリアミドイミド樹脂組成物

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006169691A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Gun Ei Chem Ind Co Ltd 易分割性繊維束及び微細繊維、ならびにこれらの製造方法
CN101228303A (zh) * 2005-07-29 2008-07-23 东洋纺织株式会社 聚酰胺酰亚胺纤维及由其构成的无纺布及其制造方法以及电子部件用隔离件
KR100945207B1 (ko) * 2008-09-08 2010-03-03 한국전기연구원 불소기 실란 처리된 고점적 코일용 코팅재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 코팅재 그리고 그 코팅재가 피복된 코일
JP2022079518A (ja) * 2017-08-01 2022-05-26 昭和電工マテリアルズ株式会社 不織布製造用ポリアミドイミド樹脂組成物
JP2022068725A (ja) * 2020-10-22 2022-05-10 日本バイリーン株式会社 フッ素系樹脂粒子含有繊維及び繊維集合体
CN113832558A (zh) * 2021-09-24 2021-12-24 天津工业大学 一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺卷曲纳米纤维及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯燕: "聚四氟乙烯纤维膜的制备及其改性", 全国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑, no. 03, pages 016 - 705 *
韩星 等: "不同含量的PAI对PTFE疏水涂层性能的影响", 塑料工业, vol. 48, no. 10, pages 142 - 145 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117026512A (zh) * 2023-08-09 2023-11-10 青岛大学 一种聚醚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115522278B (zh) 2024-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hu et al. Hierarchical dual-nanonet of polymer nanofibers and supramolecular nanofibrils for air filtration with a high filtration efficiency, low air resistance and high moisture permeation
Liu et al. Facile electrospun polyacrylonitrile/poly (acrylic acid) nanofibrous membranes for high efficiency particulate air filtration
Gao et al. A low filtration resistance three-dimensional composite membrane fabricated via free surface electrospinning for effective PM 2.5 capture
Li et al. Large-scale blow spinning of heat-resistant nanofibrous air filters
CN107137979B (zh) 一种微米纤维三维骨架/聚合物纳米纤维复合过滤材料及其制备方法
Wang et al. Tuning hierarchically aligned structures for high-strength PMIA–MWCNT hybrid nanofibers
CN107475902B (zh) 一种超疏水纤维膜的制备方法
Zhang et al. Preparation of high-temperature resistant poly (m-phenylene isophthalamide)/polyacrylonitrile composite nanofibers membrane for air filtration
CN108286127A (zh) 一种疏水疏油纳米纤维膜的制备方法
Nam et al. Electrospun nanofiber filters for highly efficient PM 2.5 capture
Xiong et al. Fabrication of ultrafine fibrous polytetrafluoroethylene porous membranes by electrospinning
CN115522278A (zh) 用于耐高温过滤材料的超疏水聚酰胺酰亚胺纳米纤维及其制备方法、应用
Zhu et al. Metal-organic framework decorated polyimide nanofiber aerogels for efficient high-temperature particulate matter removal
CN112522856A (zh) 一种金属有机骨架和电纺纳米纤维复合防护罩覆膜及制备
CN114100385B (zh) 疏水性复合纳米纤维空气过滤膜制备方法
CN111589225A (zh) 一种热稳型空气过滤材料及其制备方法和应用
CN105709502A (zh) 一种防静电夹心净化材料
CN109339681A (zh) 一种pvdf/go复合纳米纤维防雾霾窗纱及其制备方法
CN112442796A (zh) 一种超疏水膜材料的制备方法
CN113832558A (zh) 一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺卷曲纳米纤维及其制备方法
Cheng et al. Processing nomex nanofibers by ionic solution blow-spinning for efficient high-temperature exhausts treatment
CN108771981A (zh) 石墨烯复合材料及其制备方法和应用、石墨烯-碳纳米纤维薄膜及其制备方法
KR20200052687A (ko) 초발수, 초발유 기능이 부여된 여과체 및 이의 제조장치
Kang et al. PTFE/PVA-PVDF conjugated electrospun nanofiber membrane with triboelectric effect used in face mask
KR20090114764A (ko) 자동차 헤드램프용 벤트 필터 여재 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant