专利名称：一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法
技术领域：
本发明属于纳米纤维制备技术，特别涉及一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法。
背景技术：
静电纺丝法即聚合物喷射静电拉伸纺丝法，与传统方法截然不同，是利用高压电场力对带电溶液进行喷射拉伸最终获得纳米纤维的一种纺丝方法。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维，利用该方法制备的纤维的直径要比溶液纺丝或熔融纺丝方法制备的纤维低一到两个数量级，且纤维比表面积大，孔隙率高，受到了很多研究人员的关注并将静电纺纤维广泛应用于生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等众多领域。聚砜酰胺又名芳砜纶，在聚砜酰胺分子中含有-NHOC，-S02-及苯环官能团，因此该聚合物具有很强的耐高温性，高温尺寸稳定性。除此之外，在阻燃性，染色性等方面也表现出优异的特性，广泛应用于民用和军用领域，如作为高温过滤材料、摩擦蜜蜂材料、防护制品、电绝缘材料、蜂窝结构材料等。然而，聚砜酰胺存在严重的缺陷，即抗紫外线性能差。纳米二氧化钛亦称纳米钛白粉，能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽紫外线保护剂。纳米二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。粒径大的纳米二氧化钛颗粒对长波区紫外线(320-400nm)和中波区紫外线(280-320nm)的隔离以反射和散射为主，粒径小的纳米二氧化钛对中波区紫外线的隔离以吸收为主。
发明内容
本发明的目的是提供一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，该制备方法所使用的设备简单、工艺可调控性强、成本低廉，而且制备出的复合纤维的直径在250nm-350nm之间，具有优异的抗紫外线能力。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:—种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其步骤包括:(I)将干燥的纳米二氧化钛置于N，N’ - 二甲基乙酰胺中，密封、超声振荡；然后将混合液容入含有10_15wt%的聚砜酰胺的纺丝原液中，搅拌、密封、超声振荡即可；(2)将步骤(I)中制得的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液倾斜倒入静电纺丝机中进行静电纺丝。所述步骤(I)中，纳米二氧化钛、N，N’ - 二甲基乙酰胺及纺丝原液的加入配比为Ig:12-19mL:100_900g。优选的，纳米二氧化钛、N，N’ - 二甲基乙酰胺及纺丝原液的加入配比为 Ig:14-17mL:105_850g。所述步骤(I)中，纳米二氧化钛为金红石型，纯度为95-99%，粒径为30-50nm。所述步骤(I)中，超声振荡时间为0.5-1.5小时。所述步骤(I)中，纺丝原液中的聚砜酰胺的含量为12wt%。所述步骤(2)中，聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液倾斜倒入静电纺丝机中的倾斜角度为10-40度；该复合纺丝液的流速为0.08-0.2mL/h。所述步骤(2)中的静电纺丝的工艺条件为，静电压20-35kV、旋转转速35_45rpm、接受距离10-20厘米。优选的，所述步骤(2)中的静电纺丝的工艺条件为，静电压为28kV、旋转转速为42rpm,接受距离15厘米。纳米二氧化钛属于η型宽禁带半导体材料，其电子结构是由传导带构成，无电子的空轨道和充满电子的价电子带形成了该传导带，存在禁带宽。当受到能量大于或等于该禁带宽度的光线照射时，nanO-Ti02可吸收该光子的能力，则价带上的电子受到激发，跃迁至导带。此时价电子带由于缺少电子而形成空穴并形成电子-空穴对，创造了与其它电子或空穴复合的机会，因此使得Iiano-TiO2对紫外线具有较好的吸收作用。除此之外，其对紫外线有较好的反射、散射作用，所以，在聚砜酰胺纤维的制备过程中加入了 nanO-Ti02，使得制备的复合纤维也具有较好的抗紫外线能力和耐高温性，拓宽了复合纤维的使用范围。与现有技术相比，本发明的有益效果在于:1、本发明将纳米二氧化钛加入到聚砜酰胺中，采用静电纺丝法制备复合纳米纤维，显著改善了聚砜酰胺本身的抗紫外线性能差的缺陷，得到的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的直径在250nm-350nm之间，具有显著的抗紫外线能力，优异的耐高温性。2、所述聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的制备装置简单、成本低廉，制备工艺可调控性强。
图1为实施例2所制得的纳米复合纤维的扫描电子显微镜图片。图2为采用静电纺丝法和湿法纺丝法制备得到的复合纤维的直径及比表面积的对比示意图。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步说明:实验原料:CP级N，N’ - 二甲基乙酰胺(DMAC);含有12wt%的聚砜酰胺(PSA)的纺丝原液；纳米二氧化钛，该纳米二氧化钛为金红石型，粒径为30-50nm，纯度为99%。实验仪器:静电纺丝机，FA1104A型万分之一天平秤，KQ-700型超声波清洗器，79-1型磁力加热搅拌器，WD-5000型电热鼓风干燥箱。实施例1( I)聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液的制备:将纳米二氧化钛(nano-Ti02)放进干燥箱中进行干燥，以去除水分。用量筒量取ImL的N，N’ - 二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于烧杯中，用天平称取0.061g干燥好的nano-Ti02,将其倒入烧杯中并用玻璃棒搅拌，使其与DMAC溶剂初步混合，然后将该烧杯用保鲜膜封闭并放入超声波清洗器中超声振荡0.5小时制得混合液(超声振荡时，确保超声波清洗器中的水位高于烧杯中DMAC的液位刻线)；在初步超声振荡好的混合液倒入50g含Hano-TiO2为12wt%的PSA纺丝原液，并用磁力加热搅拌器对其搅拌0.5小时，完成后用保鲜膜密封，并将其放入超声波清洗器中，再次超声振荡1.5小时，使得Iiano-TiO2颗粒可以很好的分散在PSA纺丝原液中，即可制得聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液。(2)聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的制备:将步骤(1)中获得的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液以30度倾斜角连续注入静电纺丝机的注射器中，注射器的容积为20mL，注射器内的针头内径为1.2mm，流速为
0.lmL/h ;该静电纺丝机的接收器为一接地的旋转滚筒，该静电纺丝机的注射器的针尖距离旋转滚筒的距离为15cm，旋转滚筒的转速为42rpm。所述静电纺丝机的高压静电发生器的静电压为28kV，开启电源，即可制备含有Iiano-TiO2为lwt%的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维。实施例2将实施例1中的步骤(I)中nano-Ti02加入量调整为0.186g，DMAC的加入量调整为3mL，其他条件不变，即可制备含有Iiano-TiO2为3wt%的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维。图1为本实施例所制得的纳米复合纤维的扫描电子显微镜图片，从图中可看出，纳米二氧化钛颗粒嵌于纤维的表面。实施例3将实施例1中的步骤(I)中nano-Ti02的加入量调整为0.316g，DMAC的加入量调整为5mL，其他条件不变，即可制备含有Iiano-TiO2为5wt%的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维。实施例4将实施例1中的步骤(I)中nano-Ti02的加入量调整为0.452g，DMAC的加入量调整为7mL，其他条件不变，即可制备含有Iiano-TiO2为7wt%的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维。紫外线透过率对比测试:将上述4个实施例中制得的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维制成长、宽、高为5cmX5cmX0.1cm的纤维膜，用Labsphere UV-1000F(美国)型纺织品抗紫外线测试仪，测试其紫外线透过率。作为对比测试，将上述实施例中制得的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液，采用湿法纺丝法制备得到聚砜酰胺/纳米二氧化钛纤维，并制作成长、宽、高为5cmX5cmX0.1cm的纤维膜，测试其紫外线通过率，测试条件:测试波长范围为250nm 450nm，吸光度为O 2.5A，扫描时间彡5s,数据间隔为lnm，样品光束直径为10mm。具体数据见表I所示:表1 (两种纺丝方法制备的复合纤维膜的抗紫外线性能比较表)
权利要求
1.一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其步骤包括: (1)将干燥的纳米二氧化钛置于N，N’- 二甲基乙酰胺中，密封、超声振荡；然后将混合液溶入含有10-15wt%的聚砜酰胺的纺丝原液中，搅拌、密封、超声振荡即可； (2)将步骤(I)中制得的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液倾斜倒入静电纺丝机中进行静电纺丝。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，纳米二氧化钛、N，N’ - 二甲基乙酰胺及纺丝原液的加入配比为 Ig:12-19mL:100_900g。
3.根据权利要求2所述的静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，纳米二氧化钛、N，N’ - 二甲基乙酰胺及纺丝原液的加入配比为 Ig:14-17mL:105_850g。
4.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，纳米二氧化钛为金红石型，纯度为95-99%，粒径为30-50nm。
5.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，超声振荡时间为0.5-1.5小时。
6.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，纺丝原液中的聚砜酰胺的含量为12wt%。
7.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液倾斜倒入静电纺丝机中的倾斜角度为10-40度；该复合纺丝液的流速为0.08-0.2mL/h。
8.根据权利要求1所述的静电纺聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的静电纺丝的工艺条件为，静电压20-35kV、旋转转速35-45rpm、接受距离10-20厘米。
9.根据权利要求8所述的静电纺聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中的静电纺丝的工艺条件为，静电压为28kV、旋转转速为42rpm，接受距离15厘米。
全文摘要
本发明属于纳米纤维制备技术，特别涉及一种静电纺丝法制备聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纤维的方法，首先将干燥的纳米二氧化钛置于N,N’-二甲基乙酰胺中，密封、超声振荡；然后将混合液容入含有10-15wt%的聚砜酰胺的纺丝原液中，搅拌、密封、超声振荡即可；然后将制得的聚砜酰胺/纳米二氧化钛复合纺丝液倾斜倒入静电纺丝机中进行静电纺丝。所述纳米二氧化钛、N,N’-二甲基乙酰胺及纺丝原液的加入配比为1g12-19mL100-900g。采用本制备方法制得的复合纳米纤维，显著改善了聚砜酰胺本身的抗紫外线性能差的缺陷，而且该复合纤维的制备装置简单、成本低廉，制备工艺可调控性强。
文档编号D01F1/10GK103184581SQ20131009134
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者辛斌杰, 陈文杰, 刘岩, 吴湘济, 王香琴, 沈翠翠 申请人:上海工程技术大学