一种同轴纳米纤维的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米纤维制备领域，设及一种同轴纳米纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的迅猛发展，纳米纤维的应用变得越来越广泛。纳米纤维具有极大 的比表面积、极高的长径比、极强的与其他物质的相互渗透力等优点，在医疗领域、服装加 工、化工生产、过滤材料、储能材料、吸声材料等应用中发挥着重要作用。
[0003] 与单一结构的实屯、纤维相比，具有同轴结构的纤维在许多方面有独特的优势，如 药物祀向释放、催化、分离、传感及过滤等。因此，同轴纳米纤维成为了纤维科学的前言和研 究的热点。
[0004] 目前，同轴静电纺丝法是制备同轴纳米纤维的重要方法。同轴静电纺丝法将两种 不同的前驱体溶液作为壳层纺丝液和巧层纺丝液，利用同轴喷头作为喷射细流的喷丝头， 在高压静电场作用下纺丝，制备同轴纳米纤维的方法。该方法要求壳层纺丝液和巧层纺丝 液互不相溶，对壳层纺丝液和巧层纺丝液的挥发性也有要求；同时由于该方法采用同轴喷 头纺丝，纺丝过程纺丝参数设定困难，壳层很难完全包覆巧层，同轴纤维产率低，难W到同 轴结构的纤维。因此急需发展一种简单、高效的方法。
[0005] 中国专利《一维纳米纤维基Ni-GDC复合阳极材料及其制备方法》（申请号 201310533941. 7,公开号103531823A，公开日2014-01-22)公开了 一种一维纳米纤维基 Ni-GDC复合阳极材料及其制备方法，采用静电纺丝技术和锻烧方法制备了GDC纳米纤维， 将GDC纳米纤维表面化学锻镶，得到一维纳米纤维基Ni-GDC复合阳极材料。该方法虽然能 够制备出Ni-GDC同轴纳米纤维，但是化学锻过程中很难保证壳层厚度的均匀性。
[0006] 中国专利《一种有序排列同轴结构微纳米纤维的制备方法》（申请号 201110269757. 7,公开号102443870B，公开日2013-07-24)公开了一种有序排列同轴结构 微纳米纤维的制备方法，在旋转圆盘式静电纺丝装置的收集极上覆盖一层带有矩形狭缝形 状的柔性塑料衬底，利用收集极与高速运动电纺纤维的横向相对运动获得有序排列的微纳 米纤维；然后用有序排列微纳米纤维作为模板，通过化学湿法处理，在模板纤维表面原位聚 合包裹一层导电聚合物，得到有序排列同轴结构的导电聚合物微纳米复合纤维。但是，该方 法只能在表层纤维上包覆一层导电聚合物，并不能使内部每根纤维都得到均匀的包覆。
[0007] 中国专利《一种复合纳米纤维的制备工艺》（申请号201310410507.X，公开号 103484973A，公开日2014-01-01)公开了一种同轴静电纺丝制备复合纳米纤维的方法，首 先合成四氧化S铁纳米粒子，将PVP与化3〇4共混物溶于无水己醇中作为巧层纺丝液，另将 CS与PVP溶于无水己醇与甲酸中作为壳层纺丝液，经同轴静电纺丝明制得具有超顺磁性的 PVP/CS/化3〇4复合纳米纤维。该种方法虽然能够制备出同轴结构的纳米纤维，但是制备过 程比较复杂，需要配制两种不同的溶液作为壳层和巧层纺丝液，采用同轴喷头纺丝，还需保 证壳层和巧层纺丝液互不相溶，纺丝参数设定困难，同轴纤维产率低。
[000引中国专利《迁移型相分离制备核壳结构纳米纤维的方法》（申请号 201310489285. 5,公开号103498211A，公开日2014-01-08)公开了一种迁移型相分离制备 核壳结构纳米纤维的方法，将含氣聚合物和复配聚合物溶于有机溶剂中，加热揽拌至完全 溶解，再将两种溶液W-定质量比例混合得到静电纺丝溶液；将纺丝溶液进行静电纺丝，在 接收器上收集纤维，得到的纤维在真空烘箱中真空恒温30°C处理24小时，即得核壳结构纳 米纤维。该方法是利用氣元素的低表面能使得含氣聚合物能在静电纺丝过程中向表面迁 移，最终形成同轴结构的纳米纤维。但静电纺丝过程纤维固化速度非常快，低表面能的溶质 不能关完全的向表面迁移，核层仍然含有低表面能的溶质。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种同轴纳米纤维的制备方法，解决了现有同轴纳米纤维制 备过程复杂、壳层包覆巧层困难的问题。
[0010] 本发明所采用的技术方案是，一种同轴纳米纤维的制备方法，具体按W下步骤实 施：
[0011] 步骤1，配制纺丝液：
[0012] 将可纺高分子聚合物溶于溶剂中，揽拌均匀，得到聚合物溶液；
[0013] 将磁性纳米粒子和非磁性纳米粒子的混合物加入到聚合物溶液中，超声波振荡分 散均匀，得到纺丝液；
[0014] 步骤2,静电纺丝；
[0015] 将步骤1制得的纺丝液装入微量累中，在喷丝头前端安装有磁场装置的静电纺丝 装置中进行静电纺丝，得到初生纤维；
[0016] 步骤3,烧结；
[0017] 将步骤2得到的初生纤维锻烧，自然冷却至室温，即得同轴纳米纤维。
[001引本发明的特点还在于，
[0019] 步骤1中聚合物溶液质量浓度为5%~11%。
[0020] 步骤1中磁性纳米粒子和非磁性纳米粒子的混合物与可纺高分子聚合物的质量 比为1 ;1~2. 5。
[0021] 步骤1中磁性纳米粒子和非磁性纳米粒子的混合物中，磁性纳米粒子和非磁性纳 米粒子的质量比为1 ;1。
[0022] 步骤1中可纺高分子聚合物为聚己締化咯烧酬、聚己締醇缩了醒、聚丙締膳、聚己 締醇、聚苯己締、纤维素、聚醋酸己締、聚甲基丙締酸甲醋中的任意一种；溶剂为叔了醇、甲 醇、无水己醇、去离子水、己酸、茨締或N-N二甲基甲酯胺中的任意一种。
[002引 步骤1中磁性纳米粒子为Fe、Co、Ni、丫 -Fe203、Co化204、Ni化204、Mn化204、化304、 化N、化2N、e-Fe3N、FeieN2中的任意一种。
[0024] 步骤1中非磁性纳米粒子为41、4肖、411、511〇2、1^32〇3、51〇2、化0、1'1〇2、21'〇2中的任意 一种。
[0025] 步骤2中磁场装置为环形磁铁或通电的带铁巧的环形螺线圈。
[0026] 步骤2中静电纺丝参数为；喷丝头的直径为0. 1~1. 0mm，喷丝头前端磁场装置产 生的磁场强度为800~1400GS，纺丝液推进速率为0. 1~1. 0血A，纺丝电压15~45kV，接 收距离10~25cm,纺丝环境相对湿度30%~60%。
[0027] 步骤3中初生纤维的锻烧温度为500°C~800°C，锻烧时间为1~化。
[002引本发明的有益效果是，本发明采用单相体系纺丝液，利用单喷头静电纺丝，通过在 纺丝液中添加磁性纳米粒子和非磁性纳米粒子，并在静电纺丝装置的喷丝头前端设置磁场 装置，制备得到了壳层能够完全包覆巧层的同轴纤维。本发明制备过程简便快捷，纤维产率 高，在药物祀向释放、催化、分离、传感及过滤等方面都有巨大的潜在利用价值。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明一种同轴纳米纤维的制备方法中静电纺丝工艺示意图；
[0030] 图2是本发明实施例1制备得到的同轴纳米纤维的微观形貌图。
[0031] 图中，1.微量累，2.纺丝液，3.喷丝头，4.磁场装置，5.接收装置。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0033] 本发明提供了一种同轴纳米纤维的制备方法，具体按W下步骤实施：
[0034] 步骤1，配制纺丝液：
[0035] 将可纺高分子聚合物溶于溶剂中，揽拌均匀，得到质量浓度为5%~11%聚合物 溶液；
[0036] 称取与可纺高分子聚合物质量比为1 ;1~2. 5的磁性纳米粒子和非磁性纳米粒子 的混合物加入到聚合物溶液中，其中磁性纳米粒子和非磁性纳米粒子的质量比为1 ; 1，超 声波振荡20min，分散均匀，得到纺丝液。
[0037] 其中可纺高分子聚合物为聚己締化咯烧酬、聚己締醇缩了醒、聚丙締膳、聚己締 醇、聚苯己締、纤维素、聚醋酸己締、聚甲基丙締酸甲醋中的任意一种；溶剂为叔了醇、甲醇、 无水己醇、去离子水、己酸、茨締或N-N二甲基甲酯胺中的任意一种；磁性纳米粒子为化、 Co、Ni、丫-Fe203、CoF'e204、NiFe204、MnF'e204、Fe304、FeN、Fe2N、e-Fe3N、Fel6N2中的任意一种； 非磁性纳米粒子为A1、Ag、Au、Sn化、La2〇3、Si化、Zn