专利名称：静电纺混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法
技术领域：
本发明属静电纺纳米纤维膜制备领域，特别是涉及一种利用静电纺技术混纺聚丙烯腈 /羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法。
技术背景静电纺丝法是一种制备超细纤维的重要方法，它与传统的方法有着明显的不同，通过 静电力作为牵引力，将聚合物溶液或熔体带上几千至几万伏高压静电，带电的聚合物液滴 在电场力的作用下被拉伸。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流， 细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成了类似无纺布状的纤维毡。 用静电纺丝法制得的纤维比传统纺丝方法细得多，直径一般在数十纳米到数百纳米，最小 直径可至1 nm。静电纺丝方法可以把50多种不同的聚合物，例如聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、 聚乙烯醇、聚苯胺、聚丙烯腈等纺制成直径范围从小于几个纳米到超过lpm的超细纤维， 所得到的静电纺丝纤维收集在负极板上沉积成非织造布。静电纺丝制备的腈纶纳米纤维一 方面可以制备高性能的腈纶纳米纤维，改善腈纶纤维的服用性能；另一方面聚丙烯腈纤维 是制备碳纤维的主要原料，将纳米级聚丙烯腈纤维经过预氧化及碳化处理等加工后可制成 纳米级碳纤维，纳米碳纤维在催化剂载体、电极材料、高效吸附剂、储氢材料和聚合物结 构增强添加剂等方面有着广泛应用。羟乙基纤维素(HEC)是一种水溶性非离子纤维素醚，其产量仅次于羧甲基纤维素钠 (CMC)。其外观为白色至淡黄色，是无毒、无味的纤维状或粉末状固体，易吸潮，不溶 于醇，溶于水、甲酸、甲醛、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等有机溶剂。HEC 与CMC、瓜尔胶等相比具有增稠效果好、悬砂强、耐热好、容盐量高管道阻力小、液体流 失少、破胶快、残渣低等优点，已被广泛应用在石油开采、涂料、建筑、医药食品、纺织、 造纸以及高分子聚合反应等领域。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素 纳米纤维膜的方法，该方法以聚丙烯腈为主要纺丝材料，并掺入富含亲水性功能基团-OH 的羟乙基纤维素，通过调整溶剂及相关纺丝条件参数，成功的实现了混纺，本方法快速、 简便、廉价、高效，而且可有效吸附木瓜蛋白酶，适合分析用聚丙烯腈(PAN)纳米膜的批量制备及规模化生产。本发明的一种利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法，以聚丙 烯腈为主，混掺入亲水性物质羟乙基纤维素(HEC)的纳米聚合物混纺纤维膜的制备方法， 具体包括下列步骤(1) 将体积比为6:1的二甲基乙酰胺(DMAC)和丙酮混合液放入反应容器内，于冰水 中冷却；(2) 将聚丙烯腈(PAN)和羟乙基纤维素(HEC)粉末在搅拌条件下缓慢加入上述反应 容器内，继续搅拌20 30min至完全溶胀；(3) 将反应容器置于水浴振荡器内，在回流冷凝下，缓慢加热至60 80 °C，振荡15 30 h至完全溶解，得透明状的PAN纺丝液；(4) 用注射器抽取PAN纺丝液，固定在静电纺丝装置上，调节纺丝参数进行电纺，得聚 丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜；(5) 将收集到的膜进行系列干燥后备用。所述步骤(1)中的二甲基乙酰胺(DMAC)质量浓度为98% 100%。所述步骤(2)中的聚丙烯腈在二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的质量浓度是10~16%，羟乙基纤维素的浓度为0.6%。所述步骤(4)中的注射器规格为5ml，针头内径约为0.4~0.7mm。所述步骤(4)中的纺丝参数是喷出流速为0.5 3ml/h，静电压为12 20kv，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10 25cm。所述步骤(4)中的聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的纤维直径范围为100~220nm,直径随着羟乙基纤维素的加入量增加而增大。所述步骤(5)中的系列干燥方法是先将纺出的膜室温下干燥12h，然后放入烘箱中IO(TC干燥4~6h，最后放入真空干燥器中60 7(TC干燥12h。有益效果(1) 本发明方法操作简单，耗时较少，可获得直径和孔径在纳米级的膜材料，适用 于规模化生产；(2) 本发明所使用的原材料廉价易得，所制得的膜本身含有丰富的可反应亲水功能 基团，具有应用其做后续相关实验分析的潜力。
图1为固定静电压为12kv，接收距离为15cm，喷射流速为lml/h，所测的PAN浓度与纺 丝直径的关系；图2为固定PAN浓度为10wt%，静电压为12 kv，接收距离为15 cm，所测的喷射流速与 纺丝直径的关系图；图3为固定PAN浓度为10wt%，接收距离为15 cm，喷射流速1 ml/h，所测的静电压与纺 丝直径的关系图；图4为固定PAN浓度为10wt%，静电压为12kv，喷射流速1 ml/h，所测的接收距离与纺丝直径的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1(1) 将体积比为9:1的二甲基乙酰胺(DMAC)和丙酮混合液放入烧杯内，于冰水中冷 却；(2) 将聚丙烯腈(PAN)和羟乙基纤维素粉末在搅拌条件下缓慢加入上述烧杯内，继续 搅拌25 min至完全溶胀，其中，聚丙烯腈在N,N-二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的浓度采 用系列浓度，分别为10wt%、 12wt%、 14wt。/。和16wt。/c)，羟乙基纤维素在N，N-二甲基乙酰 胺和丙酮混合液中的浓度为0.6wt%;(3) 将烧杯置于水浴振荡器内，在回流冷凝下，缓慢加热至70 °C，振荡20 h至完全溶解，得PAN纺丝液；(4) 用5ml注射器(针头内径为0.4~0.7mm)抽取PAN纺丝液，固定在静电纺丝装置上， 固定静电压为12kv，接收距离为15cm，喷射流速为lml/h，进行电纺，得聚丙烯腈/羟乙 基纤维素纳米纤维膜；(5) 所述步骤(5)中的系列干燥方法是先将纺出的膜室温下干燥12h，然后放入烘箱中 IO(TC干燥4~6h，最后放入真空干燥器中60 7(TC干燥12h。所测的PAN浓度与聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜纺丝直径的关系见图1。实施例2按照实施例1的方法，其中，PAN浓度变为10wt%，静电压为12kv，接收距离为15cm，喷射流速分别为0.5ml/h、 1 ml/h、 1.5ml/h、 2.5 ml/h和3 ml/h，其它条件不变，测得 的喷射流速与纺丝直径的关系见图2。实施例3按照实施例l的方法，其中，PAN浓度变为10wt%，接收距离为15cm，喷射流速为 1 ml/h，静电压分别为10kv、 15kv、 18kv和20kv，其它条件不变，测得的静电压与纺丝 直径的关系见图3。实施例4按照实施例1的方法，其中，PAN浓度变为10wt。/。，静电压为12kv，喷射流速为1 ml/h， 接收距离分别为10cm、 14cm、 16cm、 18cm和20cm，其它条件不变，测得的接收距离与 纺丝直径的关系见图4。
权利要求
1.一种利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法，具体包括下列步骤(1)将体积比为6∶1的N，N-二甲基乙酰胺DMAC和丙酮混合液放入反应容器内，于冰水中冷却；(2)将聚丙烯腈PAN和羟乙基纤维素HEC粉末在搅拌条件下缓慢加入上述反应容器内，继续搅拌20～30min至完全溶胀；(3)将反应容器置于水浴振荡器内，在回流冷凝下，缓慢加热至60～80℃，振荡15～30h至完全溶解，得PAN纺丝液；(4)用注射器抽取PAN纺丝液，固定在静电纺丝装置上，调节纺丝参数进行电纺，得聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜；(5)将收集到的膜进行系列干燥后备用。
2. 根据权利要求1所述的利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法， 其特征在于所述步骤(1)中的二甲基乙酰胺(DMAC)质量浓度为98% 100%。
3. 根据权利要求1所述的利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法， 其特征在于所述步骤(2)中的聚丙烯腈在N，N-二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的质量浓 度是10~16%，羟乙基纤维素的浓度为0.6%。
4. 根据权利要求1所述的利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法， 其特征在于所述步骤(4)中的注射器规格为5ml，针头内径约为0.4 0.7mm。
5. 根据权利要求1所述的利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法， 其特征在于所述步骤(4)中的纺丝参数是喷出流速为0.5 3ml/h，静电压为12 20kv， 接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10 25cm。
6. 根据权利要求1所述的利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法， 其特征在于所述步骤(4)中的聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的纤维直径范围为 100 220nm,直径，随着羟乙基纤维素的加入量增加而增大。
7. 根据权利要求1所述的利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法， 其特征在于所述步骤(5)中的系列干燥方法是先将纺出的膜室温下干燥12h，然后放入 烘箱中IO(TC干燥4~6h，最后放入真空干燥器中60 7(TC干燥12h。
全文摘要
本发明涉及一种静电纺混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法，包括1)将体积比为6∶1的N，N-二甲基乙酰胺和丙酮混合液放入反应容器内，于冰水中冷却；2)将聚丙烯腈和羟乙基纤维素粉末在搅拌条件下缓慢加入上述反应容器内，继续搅拌20～30min至完全溶胀；3)将反应容器置于水浴振荡器内，在回流冷凝下，缓慢加热至60～80℃，振荡15～30h至完全溶解，得PAN纺丝液；4)用注射器抽取PAN纺丝液，固定在静电纺丝装置上，调节纺丝参数进行电纺，得聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜；5)将收集到的膜进行系列干燥后备用。该方法快速、简便、廉价、高效，适合分析用PAN纳米膜的批量制备。
文档编号C08L1/26GK101270198SQ20081003749
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者张海涛, 朱利民, 聂华丽 申请人:东华大学