[发明专利]分散性纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及制备方法，尤其是一种分散性纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1～100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新型材料。纳米粒子处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

由于纳米颗粒太小，比表面能很高，因此非常容易团聚，从而导致材料的性能劣化。为解决这一问题，人们做了一些尝试和努力，如在2009年1月7日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101338459A中披露的“一种有机和无机纳米混杂纤维的制备方法”。该制备方法为先将无机物混悬于纺丝溶剂中，再向其中加入高分子聚合物，得到纺丝原液，之后，通过高压静电纺丝工艺将纺丝原液纺制成直径为100～300nm的纳米混杂纤维；其中，无机物为高岭土或膨润土或二氧化硅等，高分子聚合物为聚丙烯腈或尼龙66，纺丝溶剂为二甲基乙酰胺或甲酸。但是，无论是纳米混杂纤维，还是其制备方法，都存在着不足之处，首先，制成品纳米混杂纤维中的无机物的尺度虽为纳米级，却因其在混悬于纺丝溶剂中时难免有团聚，其后虽经与高分子聚合物混合并由其负载，然而，仍未能将已团聚的纳米无机物分散开来，得到的产物中仍含有团聚的纳米无机物，这极不利于纳米无机物性能的充分发挥；其次，制备方法不能制得纳米无机物均匀分散的纤维状复合材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种纳米无机物均匀分散的纤维状的分散性纳米复合材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述分散性纳米复合材料的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：分散性纳米复合材料包括纤维，特别是，

所述纤维为复合纤维，所述复合纤维的直径为10nm～5μm、长度≥100nm，其由不可溶性氢氧化物、不可溶性磷酸盐、不可溶性碳酸盐、不可溶性硅酸盐中的一种或两种以上的混合物与聚合物按照重量百分比为0.1～60％∶40～99.9％的比例组成；

所述不可溶性氢氧化物为羟基氧化铁(FeOOH)，或氢氧化铁，或氢氧化锌，或氢氧化镁，或氢氧化铝，所述不可溶性磷酸盐为磷酸钙，或磷酸铁，或磷酸亚铁，或磷酸镁，所述不可溶性碳酸盐为碳酸钙，或碳酸镁，所述不可溶性硅酸盐为硅酸钙，或硅酸镁，或硅酸铁；

所述聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、二乙酸纤维素、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚氧化乙烯、聚甲基缩丁醛、橡胶、聚乳酸中的一种或两种以上的混合物。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述分散性纳米复合材料的制备方法采用原位化学反应转化法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将可溶性盐与聚合物按照重量百分比为0.1～60％∶40～99.9％的比例混合后溶于溶剂中，得到纺丝液，其中，可溶性盐为可溶性铁盐、可溶性锌盐，可溶性钙盐、可溶性镁盐、可溶性钠盐、可溶性铝盐、可溶性磷盐、可溶性钾盐中的一种或两种以上的混合物，聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、二乙酸纤维素、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚氧化乙烯、聚甲基缩丁醛、橡胶、聚乳酸中的一种或两种以上的混合物，溶剂为甲酸、乙酸、盐酸、硝酸、丙酮、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、汽油、苯、四氢呋喃、芳烃溶剂油中的一种或两种以上的混合物，再对纺丝液使用静电纺丝法纺得由可溶性盐与聚合物构成的合成纤维；

步骤2，先使用能与合成纤维中的可溶性盐发生化学反应并形成不溶性产物的溶液对由可溶性盐与聚合物构成的合成纤维进行浸泡或雾化喷涂5min～100h，得到中间产物，再对中间产物进行洗涤和干燥的处理；

步骤3，先对干燥后的中间产物使用浓度为0.001～10wt％的聚合物溶液进行浸泡或淋洗至少1min，其中，聚合物溶液为聚乙烯醇溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、醋酸纤维素溶液、二乙酸纤维素溶液、聚丙烯腈溶液、聚丙烯酰胺溶液、聚酰胺溶液、聚氧化乙烯溶液、聚甲基缩丁醛溶液、橡胶溶液、聚乳酸溶液中的一种或两种以上的混合溶液，再将其置于80～180℃下加热5min～10h，制得分散性纳米复合材料。