一种抗紫外的聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法与流程

本发明属于功能材料制备领域，特别涉及一种抗紫外的聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法。

背景技术：

对于户外活动的人们来说，服装是防止紫外线过量辐射的主要屏障，但仅仅靠常规织物屏蔽紫外线的能力是不够的。自二十世纪九十年代初以来，国外对纺织品屏蔽紫外线的功能展开了研究，许多抗紫外纤维和织物相继被开发上市；近年来，国内也有一些此类纤维和织物的开发研究报道。

而“改变21世纪”的材料—石墨烯，因其本身具有巨大的比表面积、优异的导热、导电以及机械性能，与高聚物、无机纳米粒子等复合能产生性质优异的复合材料。石墨烯的掺入能够赋予材料独特的性能，并能因协同效应实现材料的新的功能。通常，石墨烯基可以和聚合物、金属氧化物以及其它无机纳米材料等复合成具有新特性的复合材料。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗紫外的聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，该方法操作简单、条件温和，同时制备过程无毒无污染。

本发明的一种抗紫外的聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，包括：

(1)配制聚丙烯腈纺丝液，通过静电纺丝得到聚丙烯腈纳米纤维膜；

(2)配制氧化石墨烯铺展溶液；然后将氧化石墨烯铺展溶液铺展在水面，得到单分子层氧化石墨烯，通过压缩滑障，得到氧化石墨烯薄膜；

(3)利用lb技术，通过拉膜机将水面的氧化石墨烯薄膜转移至聚丙烯腈纳米纤维膜上，得到单层氧化石墨烯修饰聚丙烯腈纳米纤维膜；

(4)再次利用lb技术，通过拉膜机将水面的氧化石墨烯薄膜转移至单层氧化石墨烯修饰聚丙烯腈纳米纤维膜上，得到双层氧化石墨烯修饰聚丙烯腈纳米纤维膜，即抗紫外的聚丙烯腈纳米纤维膜。

所述步骤(1)中的聚丙烯腈纺丝液的溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

所述步骤(1)中的聚丙烯腈纺丝液的质量浓度为0.01mg/ml～1mg/ml。

所述步骤(1)中的静电纺丝工艺条件为：正电压1～10v，负电压-10～-1v，纺丝速度0.1-1ml/h，距离10～20cm。

所述步骤(2)中的铺展溶剂为体积比1:1～1:3的纯水和甲醇的混合溶液。

所述步骤(2)中的氧化石墨烯铺展溶液的质量浓度为0.1mg/ml～0.2mg/ml。

所述步骤(2)中的压缩滑障的移动速度为0.1cm/min～2.0cm/min。

所述步骤(3)和(4)中的拉膜机的浸渍速度为1～100mm/min，提拉速度为0.01mm/min～0.8mm/min。

本发明将氧化石墨烯铺展溶液通过注射器小心的铺展在水面，得到漂浮在水面的稀疏的单分子层氧化石墨烯，通过压缩滑障，减少水面面积，压缩水面的氧化石墨烯，以形成致密的薄膜，得到漂浮在水面单分子层排列的氧化石墨烯薄膜；然后利用langmuir-blodgett(lb)技术，通过拉膜机将漂浮在水面的致密的氧化石墨烯薄膜转移到聚丙烯腈纳米纤维上，得到氧化石墨烯修饰聚丙烯腈纳米纤维膜。

本发明采用了langmuir-blodgett(lb)技术，可以在分子水平上进行设计，充分结合石墨烯的优良性质于纳米纤维，展示了石墨烯作为纳米材料的优异性能，制备过程无毒无污染，而且具有良好的抗紫外性能，是一种全新的功能纤维，此种纤维在医疗领域、环保领域、化妆品等领域都具有广阔的应用前景。

有益效果

(1)本发明实现了氧化石墨烯在聚丙烯腈表面的分子水平的调控、排列、组装和修饰，实现了对聚丙烯腈纳米纤维表面分子水平的修饰改性，得到了双层的含氧化石墨烯单分子层涂层聚丙烯腈纳米纤维膜，可广泛应用于纺织品，生物医药，功能材料，水处理等领域，有着很好的实用价值与潜在价值；

(2)本发明制备方法简单、实验条件温和，在制备生产过程中，没有使用有毒试剂，避免了环境污染，所制备的聚丙烯腈纳米纤维膜具有较好的抗紫外效果。

附图说明

图1为纯丙烯腈纳米纤维膜的sem图；

图2为单层氧化石墨烯涂层聚丙烯腈纳米纤维膜的sem图；

图3为双层氧化石墨烯涂层聚丙烯腈纳米纤维膜的sem图；

图4为不同层数的氧化石墨烯单分子层修饰聚丙烯腈纳米纤维膜的抗紫外性能对比图。

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

聚丙烯腈纳米纤维膜的制备，包括如下步骤：

步骤1：准确称取0.4g聚丙烯腈粉末，将其溶解于5mldmf中60℃恒温水浴中磁力搅拌12h，得到0.08g/ml的透明均相的纺丝溶液。

步骤2：调节纺丝参数分别为正电压7v，负电压-8v，纺丝速度0.5ml/h，纺丝距离18cm。

步骤3：采用静电纺丝法制备聚丙烯腈纳米纤维膜，之后静置10min，再放入恒温干燥箱中37℃干燥，得聚丙烯腈纳米纤维膜，如图1所示。

实施例2

氧化石墨烯铺展溶液的制备及在水面单分子层的铺展，包括如下步骤：

步骤1：首先，配置1.0mg/ml的氧化石墨烯水溶液3.0ml，然后在上述溶液中加入6.0ml甲醇，搅拌20min，得到终浓度为0.111mg/ml的氧化石墨烯铺展溶液。

步骤2：取10.0ml上述氧化石墨烯铺展溶液，用注射剂一滴一滴小心铺展在在lb水槽中的水面，水槽面积为10*20cm，静置20分钟，待水面的甲醇挥发完全后，移动滑障，速度为0.5cm/min，当移动到滑障的距离为1cm时，停止移动，静置，等待单分子层氧化石墨烯薄膜自组装形成。

实施例3

单层氧化石墨烯单分子层涂层聚丙烯腈纳米纤维膜的制备，包括如下步骤：

将聚丙烯腈纳米纤维膜裁剪成5cm*2.5cm规格的试样，通过控制拉膜机参数，设置浸渍速度为10mm/min将聚丙烯腈纳米纤维膜浸渍在lb水槽中，浸入液面以下的长度为4cm，等待液面稳定20分钟后，以0.5mm/min的提拉速度提拉聚丙烯腈纳米纤维膜，实现水面单分子层氧化石墨烯转移到聚丙烯腈纳米纤维膜表面，得到单层氧化石墨烯涂层聚丙烯腈纳米纤维膜，如图2所示。

实施例4

双层氧化石墨烯单分子层涂层聚丙烯腈纳米纤维膜的制备，包括如下步骤：

将实施例3得到的样品裁剪成2cm*2.5cm规格，以浸渍速度为10mm/min进行第二次浸渍，同样速度提拉，得到双层氧化石墨烯涂层聚丙烯腈纳米纤维膜，如图3所示。

实施例5

采用uv-1000f型织物紫外透过率分析仪对织物以及复合纤维进行测试。剪取2×2cm大小的平整样本，置于紫外透射平台上，同一样本换3-5次位置进行测试，每个位置的紫外透过率测试2-3次，对比测试不同层数氧化石墨烯单分子层涂层聚丙烯腈纳米纤维膜的抗紫外性能。如图4所示，可以看出经氧化石墨烯涂层的聚丙烯腈纳米纤维膜紫外透过率明显降低，而双层的更明显，因此得到了具有较好抗紫外性能的聚丙烯腈纳米纤维膜。