CN107700075B - 一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，属于静电纺丝领域。将弹性体聚合物在溶剂中均匀分散，制备相应的纺丝溶液，对纺丝溶液进行静电纺丝，通过纺丝溶液浓度及纺丝电压调节分子链解缠结行为及弹性体纤维松弛行为之间的平衡，使弹性体纤维之间实现自交联，制备具有自交联结构的静电纺丝纤维膜。本发明的效果和益处为：首先，弹性体纤维丝之间的自交联结构，能强化相邻纤维丝之间的作用力，提升纤维膜强度。其次，这种方法不需要经过后处理就能形成交联结构，节省了时间，节约了成本，有利于大规模生产。另外，与其他聚合物体系混纺时，不仅能强化复合型聚合物纤维膜的强度，还能获得多功能聚合物纤维复合膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，属于静电纺丝领域。
背景技术
Formhals等人于1934年设计了第一个利用强电场喷射聚合物溶液进行静电纺丝加工的装置；到20世纪60年代，电纺丝开始应用到纺丝工业中，用于生产各种聚合物纤维无纺布。20世纪90年代，Reneker等人通过静电纺丝技术得到直径为亚微米到纳米级的纤维，所得材料具有比表面积大、孔隙率高等特点，从而引起人们的高度关注，被广泛应用于生物医药、催化、能源、环境、光电、食品工程、化妆品等领域的应用研究。通过静电纺丝得到的无取向纤维膜通常是通过纤维丝之间的随机搭接形成，纤维丝之间缺少较强作用力，从而使得纤维膜强度不够，限制了其应用性能和范围。为了提高其力学强度，人们通过不同的后处理方法制备了具有交联结构的纤维膜，如热处理、化学交联、溶剂熏蒸等。这些后处理方法提高了操作的复杂性及生产费用，不利于规模化生产。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有自交联结构的聚合物静电纺丝纤维膜的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，将弹性体聚合物配成均匀分散的纺丝溶液，通过纺丝溶液浓度及纺丝电压调节分子链解缠结行为及弹性体纤维松弛行为之间的平衡，在弹性体纤维之间实现自交联，这种不需要后处理的简易方法能有效提高纤维膜的强度。具体包括以下步骤：
第一步，将50～150重量份数的弹性体及1～5重量份数抗氧剂，在溶剂中充分溶解，制备固体浓度为5～40wt％的纺丝溶液。
所述的弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)，它们对应的氢化物(SEBS、SEPS)，这四种弹性体所对应的接枝和嵌段共聚物以及聚氨酯弹性体中的一种或几种组成。所述抗氧剂为N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌、橡胶促进剂或其组合物。所述的溶剂为甲苯、己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、环己烷、正己烷、氯仿、汽油、醋酸乙酯、醋酸丁酯、油脂中的一种或几种组成。
第二步，将上述纺丝溶液装入注射器中，同时置于静电纺丝设备上进行纺丝。纺丝收集方式为平板收集或转鼓收集，接收平板或转鼓的表面贴有背衬材料。静电纺丝参数：静电纺丝电压10～25kv，纺丝速度0.3～2ml/h，接收距离8～ 25cm，相对湿度为20～50％，温度为10℃～25℃。
本发明的效果和益处为：本发明通过纺丝溶液浓度及纺丝电压调节分子链解缠结行为及弹性体纤维松弛行为之间的平衡，使弹性体纤维之间实现自交联，成功制备出具有自交联结构的静电纺丝纤维膜。首先，弹性体纤维丝之间的自交联结构，能强化相邻纤维丝之间的作用力，提升纤维膜强度。其次，不需要经过后处理就能形成交联结构，节省了时间，节约了成本，有利于大规模生产。另外，与其他聚合物体系混纺时，不仅能强化复合型聚合物纤维膜的强度，还能获得多功能聚合物纤维复合膜。
附图说明
图1为SIS纤维膜的扫描电镜图。
图2为SBS纤维膜的扫描电镜图。
图3为SEBS纤维膜的扫描电镜图。
图4为SEPS纤维膜的扫描电镜图。
图5为聚氨酯纤维膜的扫描电镜图。
图6为SISO纤维膜的扫描电镜图。
具体实施方式
以下根据具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1SIS纤维膜的制备
将80重量份数SIS热塑弹性体和2重量份数N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌，在甲苯和四氢呋喃混合溶剂(甲苯与四氢呋喃的质量比为40:60)中充分溶解，制备固体浓度为15wt％的纺丝溶液，置于静电纺丝设备上进行纺丝，制备SIS 纳米纤维丝膜，其微观结构如附图1所示。静电纺丝电压25kv，纺丝速度1ml/h，接收距离15cm，相对湿度为30％，温度为20℃。
实施例2SBS纤维膜的制备
将50重量份数SBS热塑弹性体和1重量份数橡胶促进剂，在环己烷和四氢呋喃混合溶剂(环己烷与四氢呋喃的质量比为30:70)中充分溶解，制备固体浓度为40wt％的纺丝溶液，置于静电纺丝设备上进行纺丝，制备SBS纳米纤维丝膜，其微观结构如附图2所示。静电纺丝电压10kv，纺丝速度2ml/h，接收距离 20cm，相对湿度为35％，温度为25℃。
实施例3SEBS纤维膜的制备
将120重量份数SEBS热塑弹性体和3重量份数N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌，在N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂(N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的质量比为50:50)中充分溶解，制备固体浓度为13wt％的纺丝溶液，置于静电纺丝设备上进行纺丝，制备SEBS纳米纤维丝膜，其微观结构如附图3所示。静电纺丝电压25kv，纺丝速度2ml/h，接收距离25cm，相对湿度为50％，温度为25℃。
实施例4SEPS纤维膜的制备
将150重量份数SEBS热塑弹性体、3重量份数N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌以及1重量份数橡胶促进剂在氯仿中充分溶解，制备固体浓度为8wt％的纺丝溶液，置于静电纺丝设备上进行纺丝，制备SEPS纳米纤维丝膜，其微观结构如附图4所示。静电纺丝电压25kv，纺丝速度0.3ml/h，接收距离10cm，相对湿度为40％，温度为15℃。
实施例5聚氨酯纤维膜的制备
将90量份数聚氨酯弹性体和3重量份数N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌，在 N,N-二甲基甲酰胺溶剂中充分溶解，制备固体浓度为20wt％的纺丝溶液，置于静电纺丝设备上进行纺丝，制备聚氨酯纳米纤维丝膜，其微观结构如附图5所示。静电纺丝电压15kv，纺丝速度0.5ml/h，接收距离15cm，相对湿度为30％，温度为15℃。
实施例6SISO纤维膜的制备
将90量份数聚氨酯弹性体和3重量份数N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌，在甲苯和氯仿的混合溶剂(甲苯与氯仿的质量比为20:80)中充分溶解，制备固体浓度为10wt％的纺丝溶液，置于静电纺丝设备上进行纺丝，制备SISO纳米纤维丝膜，其微观结构如附图6所示。静电纺丝电压10kv，纺丝速度0.5ml/h，接收距离20cm，相对湿度为30％，温度为20℃。
Claims (5)
1.一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，其特征在于，该制备方法首先配置分散均匀的纺丝溶液，通过控制纺丝溶液浓度及纺丝电压调节分子链解缠结行为及弹性体纤维松弛行为之间的平衡，在弹性体纤维之间实现自交联，具体步骤如下：
第一步，将50～150重量份数的弹性体及1～5重量份数抗氧剂，在溶剂中充分溶解，制备浓度为5～40wt％的纺丝溶液；所述的弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物SIS，它们对应的氢化物SEBS、SEPS，上述四种弹性体所对应的接枝和嵌段共聚物，聚氨酯弹性体中的一种或几种组成；
第二步，将上述纺丝溶液装入注射器中，同时置于静电纺丝设备上进行纺丝；纺丝收集方式为平板收集或转鼓收集，接收平板或转鼓的表面贴有背衬材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，其特征在于，第二步所述的静电纺丝参数：静电纺丝电压10～25kv，纺丝速度0.3～2ml/h，接收距离8～25cm，相对湿度为20～50％，温度为10℃～25℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂为N,N-二丁基氨基二硫代甲酸锌、橡胶促进剂或其组合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为甲苯、己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、环己烷、正己烷、氯仿、汽油、醋酸乙酯、醋酸丁酯、油脂中的一种或几种组成。
5.根据权利要求3所述的一种具有自交联结构的静电纺丝纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为甲苯、己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、环己烷、正己烷、氯仿、汽油、醋酸乙酯、醋酸丁酯、油脂中的一种或几种组成。
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