[发明专利]一种有机和无机纳米混杂纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属纳米纤维的制备领域，特别是涉及一种有机/无机纳米混杂纤维的制备方法。 

背景技术

纳米复合材料是近年来发展起来的新型材料，被称为“21世纪最有前途的材料”之一。纳米复合材料的概念最早是1984年提出的，它是指分散相尺寸至少有一相的一维尺寸＜100nm的复合材料。由于纳米复合材料的尺寸介于分子与体相尺寸之间，属于介观系统，因此表现出与分子及体相不同的特殊性质，具有明显的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，呈现出许多优良的物理和化学特性。 

纳米复合材料中如果其中一相为有机聚合物，另一相为无机相，则称为有机/无机纳米复合材料。这种复合材料与常规的聚合物无机填料复合体系不同，不是有机相与无机相的简单混合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成的。由于无机相与聚合物之间界面面积非常大，界面间具有很强的相互作用，因此具有理想的粘接性能。以至有机/无机纳米复合材料不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等性质，而且将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性能揉合在一起，从而产生许多特异的性能。在电子学、光学、机械、生物学等领域展现出广阔的应用前景。 

制备纳米复合材料的常见方法有：插层复合法、溶胶-凝胶法、原位聚合法、超声波法、化学分散剂添加法、共混法高聚物溶液直接插入法、共混法高聚物熔融直接插入法等。 

其中常规高聚物溶液直接插入法：先将聚合物配制成一定浓度的溶液，在一定的温度下，将其与无机物溶液混合，在溶剂的作用下，聚合物插于无机物片层或颗粒间，经过干燥处理后，得到聚合物/无机纳米复合材料。这种方法的优势是制备条件比较温和，简化了复合过程，得到的材料性能更稳定。缺点是在制备过程中需要使用大量的溶剂，插层结束后，又要除去这些溶剂，在除去溶剂的过程中，有可能导致聚合物脱插。如果通过一定的方法在快速除除去溶剂的同时，保持聚合物与无机物的稳定结合，无疑将使得高聚物溶液直接插入法得到更广泛的应用，并制备出更多的有机/无机纳米混杂复合物。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有机/无机纳米混杂纤维的制备方法，制备条件温和，方法简单，简化了复合过程；所得纳米混杂纤维是高表面积、高度分散的，材料性能稳定。 

本发明的一种有机/无机纳米混杂纤维的制备方法，包括： 

(1)在20～60℃水浴下，将0.5～5g无机物混悬于100mL纺丝溶剂中，然后加入6～25g高分子聚合物，在200～450rpm转速搅拌，20～60℃水浴条件下溶胀24小时，冷却至室温，得到均匀分散性纺丝原液； 

(2)上述纺丝原液倒入溶液储存器，采用削平的注射针头作为喷射细流的毛细管，在流速为0.5～2.5mL·h^-1，接受板离喷丝口距离为10～25cm，电压10～30kV，环境温度为10～30℃，环境湿度为50～75％，经高压静电纺丝后，常温下真空干燥24小时，选择性进行后处理，得到纳米混杂纤维。 

所述的步骤(1)中无机物为高岭土、膨润土、二氧化硅或硝酸银。 

所述的步骤(1)中高分子聚合物为聚丙烯腈(PAN)或尼龙66。 

所述的步骤(1)中纺丝溶剂为二甲基乙酰胺(DMAc)或甲酸(85wt％)。 

所述的步骤(2)中溶液储存器为5mL注射器，注射针头为5号或6号。 

所述的步骤(2)中高压静电纺丝是改良高压静电纺丝，是在注射泵的针筒内放入磁子，在针筒的外部引入旋转磁场，在电纺的同时保证纺丝原液的均匀分散性。 

所述的步骤(2)中后处理是把静电纺丝后的硝酸银/聚丙烯腈纤维毡浸入硼氢化钠溶液中，还原硝酸银为纳米银。 

所述的步骤(2)中纳米混杂纤维直径在100～300nm。 

本发明的一种有机/无机纳米混杂纤维的应用在于，用于制备给药系统、抗菌纺织品、物质分离、金属离子以及有机化合物处理的水污染领域。