[发明专利]一种抗静电且高β晶体含量的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种利用静电纺丝设备制备出高β晶体含量且具备抗静电性能的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜及其制备方法，尤其涉及一种通过离子液体来实现高β晶体含量且具备抗静电性能的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜及其制备方法。

背景技术

自1974年聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料首次作为元件，应用于声电转换技术以来，其研究和应用都有极大的发展。PVDF压电薄膜具有柔性好、机械强度高、声阻抗易匹配、额响范围宽、能抗化学和油性腐蚀等优良特性，且可加工成大面积和复杂形状的薄膜使用，为压电材料的应用开辟了一个新的领域。PVDF压电薄膜的用途很广泛，可制成多种换能器应用于工业生产、医疗行业、日常生活以及军事领域等，特别是在高科技领域，如机器人的触觉传感器、智能材料以及医疗仪器领域(脉象仪，血流速率、血压、心音、足底压力和人体心率检测仪，胎心音探测器以及宫缩监视仪、人造敏感皮肤、齿科检测膜、B超用超声探头等)。PVDF的压电性等独特性质主要是由极性的β晶型所决定的，这主要取决于β-PVDF中所有的F原子都排列在分子链的同一侧，呈现出zig-zag的构象，进而显示出非常强的极性，为压电性提供了必要条件。目前，得到PVDF的β晶型的方法主要有三类：溶液法，机械拉伸法和纳米填料加入法。例如：中国专利(申请号：201210228203.7)公开了一种通过离子液体和碳纳米管的协同作用获得高β晶体含量的聚偏氟乙烯复合材料及制备方法。中国专利(申请号：201210372386.X)公开了一种通过十六烷基三甲基溴化铵(CATB)来获得高极性晶体含量的聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法。中国专利(申请号：201310222786.7)公开了一种通过离子液体并以溶液法的方式获得具有β晶体的聚偏氟乙烯多孔膜及其制备方法。然而，上述公开报道的专利中，聚偏氟乙烯的复合材料都是薄膜结构，限制了其在其它领域的应用。

静电纺丝方法是制备纳米结构材料的简便有效方法，近年来颇受关注，采用这种方法，可以很方便地通过高压电场的作用，从聚合物(复合)溶液中获得有机高分子，高分子/无机，高分子/高分子，无机等多种纳米(复合)纤维及薄膜材料，在纳米传感材料、过滤以及个体防护、自清洁以及催化载体、能源与光电磁、复合增强和食品工程等领域得到了广泛的应用。目前，有关聚偏氟乙烯的纳米纤维报道如下：中国专利(申请号：200810244343.7)公开了一种可用于锂离子电池隔膜的聚偏氟乙烯/二氧化硅纳米纤维膜以及制备方法。中国专利(申请号：201010231664.0)公开了一种聚吡咯/聚偏氟乙烯纳米电阻型薄膜气敏元件及其制备方法。中国专利(申请号：201110450301.0)公开了一种可用在光催化和过滤领域的聚偏氟乙烯/二氧化钛纳米纤维膜。中国专利(申请号：201210228422.5)公开了一种导电性高、柔韧性好的聚偏氟乙烯/碳纳米管纳米纤维膜。但是，上述纳米纤维膜相关专利中，并未涉及获得聚偏氟乙烯极性晶体的相关研究。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种高β晶体含量且具备抗静电性能的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜。

一种高β晶体含量且具备抗静电性能的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜为共混物，该共混物包括聚偏氟乙烯、离子液体；聚偏氟乙烯与离子液体的质量比为100：0.5～50；

作为优选，一种高β晶体含量且具备抗静电性能的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜中聚偏氟乙烯与离子液体的质量比为100：2～20；

本发明的另一个目的是提供该高β晶体含量且具备抗静电性能的聚偏氟乙烯纳米复合纤维膜的制备方法。

本发明方法具体是：

步骤(1).将聚偏氟乙烯和离子液体分别在80～110℃下真空干燥24～48h；

步骤(2).将聚偏氟乙烯、离子液体、N,N-二甲基甲酰胺按质量比为100：0.5～50：200～300混合，70～85℃下水浴加热磁力搅拌4～12h。待聚偏氟乙烯完全溶解后，向上述聚偏氟乙烯的溶液中，加入丙酮，其中聚偏氟乙烯与丙酮的质量比为100：200～300，待溶液搅拌均匀后，得到静电纺丝的前驱体溶液；

步骤(3).常温下，先将配制好的前躯体溶液吸入注射器针筒中，将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上，负极接铝箔，铝箔放在不锈钢针头水平方向处15厘米处作为收集板，提供15～16千伏电压即可在铝箔上收集到聚偏氟乙烯纳米纤维薄膜；静电纺丝结束，关闭电源。

N,N-二甲基甲酰胺和丙酮在本发明中均作为溶剂使用，前驱体溶液在静电纺丝过程中这两种溶剂完全挥发。