[发明专利]含POSS聚合物复合纤维的静电纺丝制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物静电纺丝的领域，确切地说是一种含POSS聚合物复合纤维的静电纺丝制备方法。

背景技术

1934年，Formhals设计了第一个利用聚合物溶液在强电场下喷射进行纺丝加工的装置；到20世纪60年代，电纺丝开始应用到纺织工业中，用于生产各种聚合物纤维无纺布。20世纪90年代，Reneker等人的研究使静电纺丝技术引起人们的广泛关注。原因在于通过静电纺丝可以得到直径为亚微米到纳米级的超细纤维，具有比表面积大、孔隙率高等特点；该技术将基础和应用很好的结合起来，使复杂的多功能系统有望得到商业化的应用；纤维宏观上的一些性质（特殊的物理、化学和生物亲和性能）使其可以根据不同的应用目的在分子水平上加以修饰。目前已有许多关于静电纺丝法制备聚合物纤维的报道，其中在公开号为CN 101089259 A和CN 101100767 A两篇专利中，提到一种由静电纺丝技术制备三元乙丙橡胶（EPDM）超细纤维，可以应用在吸油材料中。但是由于EPDM橡胶本身的特性，它在高温条件下容易降解，从而使材料失去功效；因此为进一步满足市场对EPDM纤维材料的需求，须对该材料进行添加剂改性，以大幅度提高材料的耐热性能。

笼形倍半硅氧烷（POSS）是一种新型有机无机纳米杂化体系，它是以无机的Si₈O₁₂组成笼形骨架，三维尺寸在1-2nm左右，外围则有八个与Si原子相连接的有机基团包围着内核。无机的硅氧骨架赋予材料良好的耐热和机械性能，还能起到增强增韧的效果，外围的有机基团则能改善POSS与聚合物基体的相容性。POSS这种独特的结构带来的良好性能使其成为一种制备聚合物复合材料的优良添加剂，目前含有POSS的功能复合材料已经成为研究的热点。但是通过传统的熔融共混方法制备出含POSS聚合物复合材料，由于POSS容易出现团聚现象，使得POSS颗粒在基体中分散不佳，从而影响了复合材料性能的进一步提高。所以如何解决POSS在聚合物中的难分散问题和如何改善POSS和聚合物基体间的相容性成为相关研究的重点和难点。

而通过静电纺丝方法制备含POSS的聚合物复合纤维，特别是EPDM复合纤维，可以同时解决上述所有难题。一方面POSS的加入可以改善聚合物纤维材料的耐热性能，另一方面静电纺丝制备方法可以将POSS与聚合物通过溶液共混的方式相混合，既解决了POSS在聚合物基体中的分散性，同时POSS与聚合物又有良好的相容性。据了解，通过这种方法来制备热稳定性改善的EPDM纤维材料在以往的文献专利中还鲜有报道，所以本发明对于实现EPDM复合纤维材料在实际规模中的应用具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现存缺陷，提供一种可以在聚合物基体中均匀分散的含POSS聚合物复合纤维的静电纺丝制备方法。

上述目的通过以下方案实现：

含POSS聚合物复合纤维的静电纺丝制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

（1）先将高分子聚合物和聚合物溶剂按照质量比为2-15：85-98的比例混合后，置于温度20-60℃条件下搅拌至少2h，得到浓度为2-15%的混合溶液；

（2）再将可溶性POSS和步骤（1）中所得的混合溶液按照POSS：高分子聚合物 = 1-20：80-99的质量比相混合，置于温度20-60℃条件下搅拌，使POSS充分溶解，得到纺丝溶液；

（3）然后将纺丝溶液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。

所述聚合物纤维中复合有1-20%的POSS，所述POSS为可溶性的化合物，所述复合有POSS的聚合物纤维的直径为20-2000nm。

所述的高分子聚合物为三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醋酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚砜、聚丙烯酰胺、醋酸纤维素中的一种或几种组成。

纺丝各种实验参数可控，其中：外加电压10-30kV、喷丝针头到接收装置的距离5-30cm、纺丝溶液流速0.1-4.0mL/h。

所述的聚合物溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、三氟乙酸、三氯乙酸、甲苯、氯苯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙酸、乙醇、水中的一种或几种组成；所述的可溶性POSS为苯基-POSS、氢基-POSS、甲基-POSS、乙烯基-POSS、氨基-POSS、硝基-POSS、氨苯基-POSS、硝基苯基-POSS中的一种或几种组成。

本发明的有益效果为：