[发明专利]MWCNTs增强的零价纳米铁/静电纺纳米纤维毡的制备

说明书

技术领域

本发明属MWCNTs/内米纤维毡的制备领域，特别是涉及一种MWCNTs增强的零价纳米铁/静电纺纳米纤维毡的制备。

背景技术

“静电纺丝”又称作“电纺”，是一种利用静电力来补充或替代传统纺纱方法中的机械力，从而控制纤维加工的新型纺丝方法。Formhals在1934年提出了第一个电纺丝专利：即一种利用流体电荷斥力拉伸制备高分子纤维的装置。但初期的发展并未引起足够的重视，直到1993年美国俄亥俄州Akron大学的Reneker领导的研究团队由此技术成功制备了多种高分子纳米纤维后，这项技术开始受到广泛的关注。近几年，静电纺纳米纤维以其独特的性能，如极大的比表面积和长径比、柔性、一定的力学性能，以及形成的纤维毡的高孔隙率等广泛应用于生物医学领域、过滤材料、防护服以及催化等领域。但是，静电纺纤维毡本身的机械强力低仍然是限制其在各个领域进一步应用且亟待解决的关键问题。

碳纳米管是继富勒烯之后出现的又一种新型无机碳材料，它具有独特的结构和优异的力学、电学性能，耐腐蚀，热稳定性好，纳米级的直径尤其适合用作增强体。(Dalton AB，Collins S，Munoz E，Razal J M，Ebron V H，Ferraris J P，Coleman J N，Kim B G and BaughmanR H.Super-tough carbon-nanotube fibres.Nature，2003，703.)使用碳纳米管与基体聚合物复合制备的复合材料或纤维，能够明显改善材料的性能，如提高物理机械性质，改善电学、耐热性能等。为此，科研工作者开始尝试在各种纺丝原液如聚氧乙烯(polyethylene oxide，PEO)，聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)，聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)等中加入单壁(SWCNT)或多壁碳纳米管(MWCNT)，制备含有碳纳米管的复合纳米纤维，以提高纳米纤维毡的机械强度。Naebe，M.(Minoo Naebe，Tong Lin，Wendy Tian，Liming Dai andXungai Wang.Effects of MWNT nanofillers on structures and properties of PVA electrospunnanofibers.Nanotechnology，2007，18，1-8.)等研究了多壁碳纳米管对静电纺PVA纳米纤维的结构和性能的影响。研究表明，碳纳米管有利于PVA纳米纤维的成核结晶，从而增加纳米纤维毡的机械强力。Zhou，W.(Weiping Zhou，Yulong Wu，Fei Wei，Guohua Luo，WeizhongQian.Elastic deformation of multiwalled carbon nanotubes in electrospun MWCNTs-PEO andMWCNTs-PVA nanofibers.Polymer，2005，46，12689-12695.)等通过引入弯曲度和计算标尺两个参数建立数学模型探讨了多壁碳纳米管分别在静电纺MWCNT/PEO和MWCNT/PVA复合纳米纤维中与高聚物的作用，以及引起的弹性变形，从而明确MWCNTs在聚合物纤维中作为增强相的机理。研究结果表明，在纺丝过程中，纺丝溶液在高压电场中受到牵伸后变细，与此同时，碳纳米管与聚合物相互作用引起了碳纳米管本身的弹性形变，使得碳纳米管在一定程度上沿着纳米纤维的轴向牵伸和取向，从而增加了纳米纤维的机械强力。

专利“壳聚糖/碳纳米管静电纺丝膜的制备方法”(200510014826.4)将壳聚糖的冰乙酸溶液与碳纳米管的弱酸性水溶液混合，形成壳聚糖/碳纳米管分子级复合体系，然后与聚乙烯醇的冰乙酸溶液共混形成混合纺丝溶液进行纺丝。所制备的壳聚糖/碳纳米管静电纺丝材料具有电导率高、电磁屏蔽性能好以及抗菌性能优良的特点。

聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)是一种带负电荷的聚电解质，可与水互溶，是一种环境友好的高分子聚合物。聚丙烯酸分子中含有大量羧基，可与碱、醇、胺发生反应，还可进行脱水、降解和络合反应，能够与金属离子形成稳定的络合物。可作增稠剂、分散剂、絮凝剂等，广泛用于涂料、造纸、纺织、采油、采矿、食品、医药、化妆品及水处理等工业中。

检索国内外有关静电纺纳米纤维方面文献和专利结果表明：还没有发现以碳纳米管作为增强体来增加静电纺聚丙烯酸纳米纤维毡的机械强力，并以此为纳米反应器制备和固定零价纳米铁粒子，一种环境友好的水处理剂，来制备功能性的水处理材料。