CN1804157A

CN1804157A - 一种超细材料复合物及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN1804157A
Application number: CN 200510123035
Authority: CN
Inventors: 张爱华; 张继中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2006-07-19

Abstract

本发明公开了一种超细材料复合物及其制备方法与应用。通过将超细纤维与超细纤维外的超细颗粒在气态介质中结合形成超细材料复合物以充分发挥、利用超细颗粒及超细纤维的优良性能。将其应用于分离、防护、抗菌、催化、传感、装饰、结构支撑、生物相容、存储、可控释放、导电、绝缘、修复、保健、智能响应等领域，可以克服超细颗粒及超细纤维的特有缺陷，大大提高复合材料的整体性能并降低制造成本，具有制备方便，成本低，性价比高的特点。

Description

一种超细材料复合物及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及的是一种超细材料复合物，特别地是将固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合从而形成复合材料。超细材料复合物可以由超细纤维和/或者超细颗粒的原料直接制备，也可以由制备好的超细纤维和/或者超细颗粒制备。超细材料复合物以功能材料得到应用，可以具备分离、防护、抗菌、催化、传感、装饰、结构支撑、生物相容、存储、可控释放、导电、修复、保健、智能响应功能中的一种或者多种。

背景技术

目前，随着超细材料特别是纳米尺寸材料的发展，超细材料的高的比表面积、包括纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能为人类认识自然、改造自然提供了前所未有的机遇与发展空间。超细材料主要有两类：一类是超细颗粒，一类是超细纤维。超细颗粒制备方法较多如溶胶-凝胶法和气相沉积法等较成熟也较廉价，许多方法已经可以工业量产。而超细纤维虽然已经开发了许多种制备方法如生产长的超细纤维的海岛复合纤维法、生产超极细短纤维的闪蒸纺丝法及电纺等方法，但目前仍然处在研发阶段，真正形成量产尚需时日，并且价格在可比条件下较超细颗粒高很多。

超细颗粒较超细纤维具有比表面积大，自由度大，全部呈现超细材料特性的特点，而超细纤维较超细颗粒具有纵横特性合成的特点即超细纤维可以同时在其横截面处呈现超细材料的特性而在其轴向呈现出宏观材料的特性。因此，超细纤维在其机械强度、导电性能等方面均表现出优越的性能。所以超细颗粒主要用于催化、传感、颗粒填充等领域，而超细纤维主要用于防护、支架、过滤、结构支撑等领域。

然而，一方面，单纯使用超细颗粒或者超细纤维均可能存在这样或者那样的问题。例如单纯使用超细颗粒则材料在机械强度或者导电性能等方面时的表现往往不如人意。而如果全部使用超细纤维则往往会降低材料的总体超细材料特性，并且价格昂贵。而另一方面人们常常需要同时利用超细颗粒的特性与超细纤维的特性。如在制造传感器件时，人们同时需要利用超细颗粒的高的比表面积、超细材料特性也需要利用超细纤维的高的机械强度及导电性能。为此，人们尝试开发超细颗粒与超细纤维混合物。人们将超细颗粒混入超细纤维的制备原料中，然后制备包含有超细颗粒的超细纤维。这种方法的优点是可以与现有的很多成熟工业技术结合，生产出一些同时具备超细颗粒与超细纤维性能的复合材料。但是这种方法也存在一些明显的缺点。例如，该种超细材料的制备费用仍然较高，而且超细颗粒被包覆在超细纤维内部，其高的比表面积及其它超细颗粒特性很难全部、有效地发挥出来。而超细纤维也可能由于混入超细颗粒而降低其原有的一些性能如机械强度等。为此，本发明提出将固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合制作超细材料复合物，综合利用超细颗粒与超细纤维的特点，从而为大众提供一种新的功能性超细材料。

发明内容

本发明的目的之一是针对目前包括纳米材料在内的超细材料发展上的一些缺陷，发明一种将固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合所形成的超细材料复合物以充分发挥、利用超细颗粒及超细纤维的优良性能。

本发明的另一目的是提供一种由固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中所形成的超细材料复合物的制造方法。

本发明的第三个目的是提供所述的超细材料复合物的应用。

本发明的技术方案是：

一种超细材料复合物其特征是将固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合从而形成复合材料。这里所讲的固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合指的是最终在气态介质中组合为超细复合材料，即固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒所形成的超细材料复合物最终不存在于连续的固态或者液态介质中，但固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒的组合过程可以在气态、液态、固态或者等离子态中进行。

一种超细材料复合物其特征在于由固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中无序混合或者按照一定规则全部或者部分有序组合而成。

超细材料复合物中的超细颗粒或者超细纤维可以呈现为实心、中空、多孔或者泡沫状；超细颗粒与超细纤维的直径介于1纳米至100微米，超细颗粒与超细纤维内还可包含有其它更细小的颗粒或者纤维。超细材料复合物中的超细纤维及超细颗粒可以超过一种，每种超细纤维或者超细颗粒中包含的成分可以超过一种。

超细材料复合物中可以添加提高复合效果及其它功能性助剂，但超细材料复合物中的超细颗粒及超细纤维不全部包含于固态或者液态介质中。

超细材料复合物中的相同或者不同超细颗粒及超细纤维间存在物理的或者化学的作用力。

超细材料复合物其特征还在于超细颗粒在超细材料复合物中所占比例介于0.1％-99.9％；超细纤维在超细材料复合物中所占比例介于99.9％-0.1％。

本发明的第二目的技术方案是：

一种超细材料复合物的制备其特征在于超细材料复合物的制备主要通过三种方式进行：

(1)通过将制备好的固态超细纤维与制备好的固态超细颗粒混合的形式形成超细材料复合物；

(2)通过制备好的固态超细纤维和/或者固态超细颗粒与其它超细颗粒和/或者超细纤维的原料共同制备由固态超细纤维与固态超细颗粒形成的超细材料复合物。

(3)由超细颗粒与超细纤维的原料共同制备超细材料复合物。

本发明的第三目的的解决方案为：

超细材料复合物以薄膜、布块或者块体结构材料的形式而用于分离、防护、抗菌、催化、传感、装饰、结构支撑、生物相容、存储、可控释放、导电、绝缘、修复、保健、智能响应等领域；超细材料复合物在所使用材料中的比例介于0.1％～100％。

本发明的有益效果：

克服了超细颗粒及超细纤维的一些固有缺陷而将固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中有机组合，充分利用超细颗粒及超细纤维的优良性能，将其应用于分离、防护、抗菌、催化、传感、装饰、结构支撑、生物相容、存储、可控释放、导电、绝缘、修复、保健、智能响应等领域，可大大提高复合材料的整体性能并降低制造成本，具有制备方便，成本低，性价比高的特点。

附图说明

图1是本发明的超细颗粒与超细纤维无序混合的结构示意图。

图2是本发明的超细颗粒与超细纤维分层混合的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种超细材料复合物其特征是将固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合从而形成复合材料。这里所讲的固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合指的是最终在气态介质中组合为超细复合材料即固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒所形成的超细材料复合物最终不存在于连续的固态或者液态介质中，但固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒的组合过程可以在气态、液态、固态或者等离子态中进行。

固态超细纤维a与超细纤维外的固态超细颗粒b在气态介质中的组合可以是无序混合(图1)或者按照一定规则全部或者部分有序组合而成(图2)。

超细材料复合物中的固态超细颗粒或者固态超细纤维可以呈现为实心、中空、多孔或者泡沫状；超细颗粒与超细纤维的直径介于1纳米至100微米，超细颗粒与超细纤维内还可包含有其它更细小的颗粒或者纤维。超细材料复合物中的超细纤维及超细颗粒可以超过一种，每种超细纤维或者超细颗粒中包含的成分可以超过一种。

一种超细材料复合物的制备主要通过三种方式进行：

(3)由超细颗粒与超细纤维的原料共同制备超细材料复合物。

超细材料复合物以薄膜、布块或者块体结构材料的形式而用于分离、防护、抗菌、催化、传感、装饰、结构支撑、生物相容、存储、可控释放、导电、绝缘、修复、保健、智能响应等领域；超细材料复合物在所使用材料中的比例介于0.1％～100％。具体实施例如下。

实施例1：

将平均分子量为2万的聚酯(PET)通过螺杆挤压机挤压加压加热熔融后喷出，温度为90度含浓度为20％W/V粒径为100纳米的载银沸石溶液通过增压装置增压至3000Pa后通过聚酯通道的侧壁上的孔道喷出与聚酯材料混合，得到微米级聚酯纤维与纳米级载银沸石混合的具有较强抗菌性能的超细复合材料无纺布。

实施例2：

配制20％(质量分数)重均分子量约为15万的聚乳酸丙酮溶液并分配给一组与高压直流电源正极相连的喷嘴，在相邻两个电喷喷嘴中间为与含纳米级羟基磷灰石、粘合剂、药物储液罐相连的一组超声喷雾喷嘴，在所有喷嘴的下方为通过皮带轮传送接地的收集器。工作时，由皮带轮传送的收集器依次收集电纺聚乳酸超细纤维及由羟基磷灰石、粘合剂、药物组成的超细颗粒，得到由聚乳酸超细纤维与由羟基磷灰石、粘合剂、药物组成的超细颗粒交替排列的超细材料复合物，该超细材料复合物可根据需要压制成需要形状的骨组织支架。

实施例3：

将纤维直径平均尺寸在数十微米的碳纤维毡通过传送带依次通过喷射铝合金微米微球的喷嘴及喷射电植绒碳纳米管的喷嘴，得到由微米级碳纤维毡、微米级铝合金微球及纳米碳管形成的超细复合材料，将该种超细复合材料叠加，可得到具有良好防弹性能的超细复合材料。

实施例4：

将数十微米的石墨微球浸入10％(W/V)直径约10纳米的碳纳米管乙醇溶液中，超声分散约10分钟后，取出石墨微球干燥，得到在石墨微球表面覆盖有直径约10纳米的碳纳米管的超细材料复合物。该材料可作为导电材料而用于传感或者作为结构支撑及存储材料而用于电池电极。

实施例5：

配制20％(质量分数)重均分子量约为15万的聚苯乙烯四氢呋喃溶液通过闪蒸法获得平均直径约为数微米的聚苯乙烯超细纤维薄膜，将该薄膜浸入平均直径为数百纳米的聚苯乙烯微球乙醇溶液中约10分钟，取出干燥，得到平均直径约为数微米的聚苯乙烯超细纤维上覆盖有数百纳米的超细聚苯乙烯微球的超细复合材料，将该超细复合材料叠加，可作为排阻电色谱的分离材料。

实施例6：

首先在直径约数十微米的玻璃纤维毡上通过喷射纺丝法覆盖极薄的一层约数百纳米分子量约5万的聚丙烯腈超细纤维，然后将20％(W/V)数百纳米的中空聚苯乙烯微球乙醇溶液喷洒在其上，干燥后再覆盖另外一层同样覆盖有聚丙烯腈超细纤维的玻璃纤维毡，并热压成形，得到一种能够过滤极细颗粒的过滤用超细复合材料。

Claims

1、一种超细材料复合物其特征在于固态超细纤维与超细纤维外的固态超细颗粒在气态介质中组合成超细复合材料。

2、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细颗粒与超细纤维无序混合或者按照一定规则全部或者部分有序组合。

3、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细颗粒或者超细纤维可以呈现为实心、中空、多孔或者泡沫状，超细颗粒与超细纤维的直径介于1纳米至100微米，超细颗粒与超细纤维内还可包含有其它更细小的颗粒或者纤维。

4、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细材料复合物中可以添加提高复合效果及其它功能性助剂，但在超细材料复合物中超细颗粒及超细纤维不全部包含于固态或者液态介质中。

5、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细材料复合物中的相同或者不同超细颗粒及超细纤维间存在物理的或者化学的作用力。

6、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细材料复合物中的超细纤维及超细颗粒可以超过一种，每种超细纤维或者超细颗粒中包含的成分可以超过一种。

7、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细颗粒在超细材料复合物中所占比例介于0.1％-99.9％；超细纤维在超细材料复合物中所占比例介于99.9％-0.1％。

8、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细材料复合物的制备主要通过三种方式进行：

(1)通过将制备好的超细纤维与制备好的超细颗粒混合的形式形成超细材料复合物；

(2)通过制备好的超细纤维和/或者超细颗粒与其它超细颗粒和/或者超细纤维的原料共同制备由超细纤维与超细颗粒形成的复合物。

(3)由超细颗粒与超细纤维的原料共同制备超细材料复合物。

9、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细材料复合物以薄膜、布块或者块体材料的形式得到利用。

10、根据权利要求1所述的超细材料复合物其特征在于超细材料复合物作为功能材料使用。超细材料复合物作为功能材料具有分离、防护、抗菌、催化、传感、装饰、结构支撑、生物相容、存储、可控释放、导电、绝缘、修复、保健、智能响应功能中的一种或者多种；超细材料复合物在所使用材料中的比例介于1％～100％。