[发明专利]一种聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，尤其是涉及一种聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维及其制备方法。

背景技术

苯并噁嗪是新近发展起来的一种新型的固化酚醛树脂。除了继承酚醛树脂的良好性能外，还具有自己的优点：固化过程中不需要强酸做催化剂，无小分子物放出，制品孔隙率低几乎为零，成型收缩率小，低烟、低介电损耗，介电性能优良，聚合前相对分子量低，具有较低的熔融黏度，便于成型加工，以及具有灵活的分子设计性等特点，且苯并恶嗪的合成原料来源广泛，与酚醛环氧相比成本较低。

苯并噁嗪具有很好的耐热性和较高的残炭率，通过开环聚合反应生成类似酚醛树脂的网状结构。典型的苯并噁嗪单体是由苯酚、甲醛和胺（脂肪族或芳香族）作为初始原料合成的含有氮和氧的六元杂环化合物。使用连有不同取代基的酚类和胺，可以合成多种苯并噁嗪单体，故其还具有灵活的分子设计性等特点，且苯并噁嗪的合成原料来源广泛，与酚醛环氧相比成本较低。

电纺丝技术是一种高效、快捷、低成本制备连续性纳米纤维的一种方法。电纺丝过程中，具有粘弹性的高分子溶液表面在喷丝口处受几千伏至十几千伏的高压电的作用而带上同种电荷，电荷间的相处斥力拉伸高分子溶液。溶液表面的电荷密度随着电压的升高而增大，从而拉伸高分子溶液成纤的静电力越大，当静电力超越溶液的表面张力时，就会使高分子溶液喷射产生高分子溶液射流。高分子溶液射流在高压电场中得到拉伸细化，并且伴随着溶剂的快速挥发而固化形成高分子纳米纤维。电纺丝纤维膜由于其具有生物仿生、高的比表面积以及高空隙率等特性，在生物组织工程，伤口修复以及催化剂载体和过滤介质材料制备等领域有较高的应用价值。

光聚合过程是指液态的单体或预聚物受光（紫外或可见光）的辐射下，快速聚合交联形成共价交联而转化为固态材料的过程。光聚合技术是一项具有“5E”特点的工业技术：efficient（高效）；enabling（适应性广）；economical（经济）；energy saving（节能）；environmental friendly（环保）。光固化技术由于具有以上优点，已广泛应用于印刷、包装、广告、建材、装潢、电子、通信、计算机、家电、汽车、航空、航天、仪器仪表、体育、卫生等各行各业。随着环保意识日益增强，光固化技术作为一项绿色技术，其发展潜力和市场空间更加巨大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供了一种聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维，加热可形成交联结构，可大大提高其强度和耐热性，并可形成聚苯并噁嗪的中空结构纤维，在增强复合材料，保护型涂层，太阳能光帆，抗高温滤光片等耐高温，高强度领域有广泛应用；本发明提供了一种聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维的制备方法，首先将苯并噁嗪在静电纺丝过程中通光引发聚合，形成聚苯并噁嗪基核壳结构纳米纤维，方法简单，可重复性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维，所述聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维包含聚苯并噁嗪和聚合物，所述聚合物为聚氧化乙烯、聚乳酸、聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种。

一种聚苯并噁嗪基核壳纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

1）电纺丝溶液的配制：配制质量浓度为1wt%～5wt%的聚合物的氯仿溶液，待其完全溶解后，加入苯并噁嗪（BZOA），并加入光引发剂，搅拌，获得均一透明的电纺丝溶液；

所述苯并噁嗪/聚合物的质量比为1-9:1，所述光引发剂的用量为苯并噁嗪质量的2～5%；

2）静电纺丝过程：将步骤1）获得的电纺丝溶液加入到电纺丝注射器中，将UV点光源照射位置固定在针头与接收器之间，所述UV点光源照射位置与针头的水平直线距离为20-40cm，光强为100mw/cm²；设置纺丝电压为16～20kV，纺丝距离为15～25cm，纺丝口直径为0.6～0.84mm，溶液流速为0.5～2mL/h，同时开启纺丝电源、溶液流速控制器和UV点光源，经过静电纺丝过程，得到聚苯并噁嗪（PBZOA）/聚合物核壳结构纳米纤维；

所述步骤1）和步骤2）均是在黄光灯或暗室环境下完成的。

本发明中苯并噁嗪的光引发聚合机理如下：（以BP为例）

在溶液中，相比聚合物，由于BZOA在氯仿中的溶解性更好，随着纺丝过程中溶剂的挥发，溶剂的挥发过程是从纤维内部向外挥发的过程，在纺丝过程中，BZOA可以随着溶剂的挥发迁移到聚合物的表面，在进行UV光照后，可以形成PBZOA基的核壳纳米纤维。然而，如果直接将BZOA光固化后再与聚合物纺丝，就很难形成核壳结构的纳米纤维。