一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，包括：（1）常温下将正硅酸乙酯、超纯水和磷酸混合，得到透明澄清的硅源溶液；（2）将聚乙烯醇溶于超纯水中，在80～90℃下搅拌4～5h，得到聚乙烯醇溶液；（3）将上述硅源溶液与聚乙烯醇溶液混合，得到无色澄清纺丝液，静置陈化后进行静电纺丝，收集到一层均匀的白色纤维膜；（4）将上述白色纤维膜放入马弗炉中，先升至500℃保温2～4h；再升至800℃保温2～3h，最后自然降温即得柔性二氧化硅纤维膜。本发明的制备方法简单，制得的二氧化硅纤维膜耐有机溶剂、耐腐蚀，高温后具有较好的柔韧性，在催化剂负载及荧光薄膜领域具有潜在应用。
【专利说明】一种柔性ニ氧化硅纤维膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于ニ氧化硅纳米材料领域，特别涉及一种柔性ニ氧化硅纤维膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]ー维纳米复合材料由于其特殊结构而具有与体材料相异的光电、物理、化学性能，在传感器、生物支架材料、光催化剂及载体材料、储氢材料等领域有着极大的基础研究价值和潜在的应用价值。
[0003]近年来采用静电纺丝法结合溶胶凝胶技术制备了多种ー维纳米复合材料，孟跃中等将可溶质子交换树脂和非水溶性高分子聚合物分别溶解得到静电纺丝溶液，通过静电纺丝后改性将非水溶性高分子聚合物溶解，使其扩散并填补至纤维膜的空隙中，制得复合质子交換膜的方法(中国专利《一种复合质子交換膜及其制备方法》，申请号:201110393309.8)，其化学稳定性好、质子传导率高且质子传导活化能低，制备エ艺简单，制备成本低。
[0004]孙彬等人将聚こ烯比咯烷酮粉末与无水こ醇混合，然后掺加表皮生长因子，配置的前驱体溶液经静电纺丝在伤ロ处形成医用敷料的方法(中国专利《一种静电纺丝法制备微纳米纤维薄膜的方法》，申请号:201210529585.7)，有利于伤ロ的愈合且环境友好。
[0005]与其它传统的制备方法相比，静电纺丝是ー种简单高效制备微纳米纤维的技木，其制得的微纳米纤维薄膜通常是以无纺布形式存在，其所需设备简单，成本较低，纤维产率高，比表面积大，适用于制备多种材料，因而被公认为ー种合成ー维纳米复合材料简单可行的方法。
[0006]与静电纺有机纤维膜相比，纯无机ニ氧化硅纤维膜耐有机溶剤，耐腐蚀，耐高温；与其他无机纤维膜相比，ニ氧化硅纤维膜具有更好的柔韧性，透光性更好，在催化剂负载及荧光薄膜领域具有潜在应用。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种柔性ニ氧化硅纤维膜的制备方法，以解决普通纤维膜不耐高温、不耐有机溶剂、高温下柔韧性差等问题。
[0008]本发明的一种柔性ニ氧化硅纤维膜的制备方法，包括:
[0009](I)常温下将正硅酸こ酷、超纯水和磷酸混合，用磁力搅拌器強力搅拌4?6h，得到透明澄清的硅源溶液；
[0010](2)将聚こ烯醇溶于超纯水中，在80?90°C下搅拌4?5h，得到聚こ烯醇溶液；
[0011](3)按照质量比1:1?L 2将上述硅源溶液与聚こ烯醇溶液混合，磁力搅拌3?5h得到无色澄清纺丝液，静置陈化后进行静电纺丝，收集到一层均匀的白色纤维膜；
[0012](4)将上述白色纤维膜放入马弗炉中，先以升温速率I?2°C /min，升至500°C保温2?4h ;再以升温速率3?4°C /min，升至800°C保温2?3h，最后自然降温即得柔性ニ氧化硅纤维膜。
[0013]步骤(I)中所述的超纯水、正硅酸四已酯和磷酸的质量比为1:1?1.5:0.01，所述的硅源溶液中正硅酸乙酯的浓度为50?60wt%。
[0014]步骤(2)中所述的聚乙烯醇溶液的浓度为8?10wt%。
[0015]步骤(2)中所述的聚乙烯醇的聚合度为1700，醇解度为50%。
[0016]步骤(3)中所述的纺丝液中聚乙烯醇的浓度为4?5wt%，正硅酸乙酯的浓度为25 ?30wt%。
[0017]步骤(3)中所述的静电纺丝中微量泵推速为0.4?0.6ml/h，直流电压为15?17kV、注射器针头到接收装置的距离为14?16cm，静电纺丝时间为8?12h。
[0018]有益效果:
[0019](I)本发明的制备方法简便可行，可制备纯无机连续纤维，设备和实验成本低，纤维产率较高；
[0020](2)本发明制备的纯无机纳米二氧化硅薄膜具有良好的柔韧性，可以自由弯曲后恢复原状；
[0021](3)本发明制得的纯无机二氧化硅纤维膜具有很好的耐高温性能，在高温下仍具有很好的柔韧性，在催化剂负载及荧光薄膜领域具有潜在应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明静电纺丝制得的纤维膜在800°C煅烧2h后的扫描电镜图；
[0023]图2为本发明的二氧化硅纤维膜的X射线衍射图谱；
[0024]图3为本发明的二氧化硅纤维膜形变示意图。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]实施例1
[0027](I)常温下，用分析天平称取正硅酸乙酯、超纯水、磷酸各10g、10g、0.lg，将正硅酸乙酯与超纯水以1:1的比例混合，边搅拌边逐滴加入磷酸，磁力搅拌4h至获得澄清透明硅源溶液；
[0028](2)将Ig聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度50%)溶于11.5g超纯水中，在80°C油浴锅中加热搅拌5h，得到质量分数为8%的聚乙烯醇溶液；
[0029](3)常温下，用分析天平称取硅源溶液和聚乙烯醇溶液各6g，磁力搅拌4h至获得澄清透明纺丝液，静置陈化40h ;用一次性针筒抽取上述纺丝液，静电纺丝的条件为微量泵推速0.4ml/h、直流电压15kV、一次性注射器针头到接收装置的距离14cm，经12.5h静电纺丝，在接收铝箔上收集到一层均匀的白色纤维膜；
[0030](4)将上述白色纤维膜放入马弗炉中，以升温速率l°C/min，升至500°C保温2h ;再以升温速率3°C /min，升至800°C保温2h，最后自然降温得柔韧性纯无机二氧化硅纤维膜。[0031]图1为静电纺丝制得的纤维膜在800°C煅烧2h后的扫描电镜图，可见纤维直径分布均匀。图2为二氧化硅纤维膜的X射线衍射图谱，可见热处理后为Si02的非晶相。图3为二氧化硅纤维膜形变示意图，可见其具有较好的柔韧性。
[0032]实施例2
[0033](I)常温下，用分析天平称取正硅酸乙酯、超纯水、磷酸各10g、12g、0.lg，将正硅酸乙酯与超纯水以1: 1.2的比例混合，边搅拌边逐滴加入磷酸，磁力搅拌5h至获得澄清透明硅源溶液；
[0034](2)将Ig聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度50%)溶于10.1g超纯水中，在85°C油浴锅中加热搅拌4.5h，得到质量分数为9%的聚乙烯醇溶液；
[0035](3)常温下，用分析天平称取硅源溶液和聚乙烯醇溶液各6g、6.6g，磁力搅拌4h至获得澄清透明纺丝液，静置陈化40h ;用一次性针筒抽取5ml上述纺丝液，静电纺丝的条件为微量泵推速0.5ml/h、直流电压16kV、一次性注射器针头到接收装置的距离15cm，经IOh静电纺丝，在接收铝箔上收集到一层均匀的白色纤维膜；
[0036](4)将上述白色纤维膜放入马弗炉中，以升温速率l°C/min，升至500°C保温3h ;再以升温速率3°C /min，升至800°C保温2h，最后自然降温得柔韧性纯无机二氧化硅纤维膜。
[0037]实施例3
[0038](I)常温下，用分析天平称取正硅酸乙酯、超纯水、磷酸各10g、15g、0.lg，将正硅酸乙酯与超纯水以1: 1.5的比例混合，边搅拌边逐滴加入磷酸，磁力搅拌6h至获得澄清透明硅源溶液；
[0039](2)将Ig聚乙烯醇(聚合度1700，醇解度50%)溶于9g超纯水中，在90°C油浴锅中加热搅拌4h，得到质量分数为10%的聚乙烯醇溶液；
[0040](3)常温下，用分析天平称取硅源溶液和聚乙烯醇溶液各6g、7.2g，磁力搅拌5h至获得澄清透明纺丝液，静置陈化40h ;用一次性针筒抽取5ml上述纺丝液，静电纺丝的条件为微量泵推速0.6ml/h、直流电压17kV、一次性注射器针头到接收装置的距离16cm，经8.3h静电纺丝，在接收铝箔上收集到一层均匀的白色纤维膜；
[0041](4)将上述白色纤维膜放入马弗炉中，以升温速率l°C/min，升至500°C保温4h ;再以升温速率3°C /min，升至800°C保温2h，最后自然降温得柔韧性纯无机二氧化硅纤维膜。
【权利要求】
1.一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，包括: (1)常温下将正硅酸乙酯、超纯水和磷酸混合，用磁力搅拌器强力搅拌4?6h，得到透明澄清的硅源溶液； (2)将聚乙烯醇溶于超纯水中，在80?90°C下搅拌4?5h，得到聚乙烯醇溶液； (3)按照质量比1:1?1.2将上述硅源溶液与聚乙烯醇溶液混合，磁力搅拌3?5h得到无色澄清纺丝液，静置陈化后进行静电纺丝，收集到一层均匀的白色纤维膜； (4)将上述白色纤维膜放入马弗炉中，先以升温速率I?2°C/min,升至500°C保温2?4h ;再以升温速率3?4°C /min,升至800°C保温2?3h，最后自然降温即得柔性二氧化硅纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的超纯水、正硅酸四已酯和磷酸的质量比为1:1?1.5:0.01，所述的硅源溶液中正硅酸乙酯的浓度为50?60wt%。
3.根据权利要求1所述的一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的聚乙烯醇溶液的浓度为8?10wt%。
4.根据权利要求1所述的一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的聚乙烯醇的聚合度为1700，醇解度为50%。
5.根据权利要求1所述的一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述的纺丝液中聚乙烯醇的浓度为4?5wt%，正硅酸乙酯的浓度为25?30wt%。
6.根据权利要求1所述的一种柔性二氧化硅纤维膜的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述的静电纺丝中微量泵推速为0.4?0.6ml/h，直流电压为15?17kV、注射器针头到接收装置的距离为14?16cm，静电纺丝时间为8?12h。
【文档编号】D04H1/4209GK103603136SQ201310557324
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】王宏志, 张书娴, 李耀刚, 张青红 申请人:东华大学