[发明专利]静电纺混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜的方法

说明书

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。

背景技术

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1nm。

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1μm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℃，振荡15～30h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100℃干燥4～6h，最后放入真空干燥器中60～70℃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。

附图说明

图1为固定静电压为12kv，接收距离为15cm，喷射流速为1ml/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12kv，接收距离为15cm，所测的喷射流速与纺丝直径的关系图；