[发明专利]一种制备全氟磺酸催化纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子功能纤维领域和催化剂领域，具体涉及一种全氟磺酸催化纤维的制备方法。

背景技术

全氟磺酸树脂是一种固体超强酸，具有优良的耐热性能、化学和电化学稳定性以及高机械强度等特点，它对许多反应有很好的催化活性和选择性。用全氟磺酸树脂做成的膜已经被广泛应用于化学催化、污水处理、生物合成纤维制备、气体分离、燃料电池以及氯碱工业等领域，具有其他材料不可比拟的优势。

正如罗士平在其《新形态全氟磺酸树脂催化剂研究进展》(化学研究与应用，2004，17(1)，15-18)中所述，全氟磺酸树脂一般呈致密的球形，比表面积较小，埋没在氟碳基体中的酸性中心不易被反应物所接近，质量比活性低，因此增加其比表面积，提高可利用酸中心的比例，是提高全氟磺酸树脂催化潜力的一个重要措施。为了增加全氟磺酸树脂的比表面积，以提高催化活性，目前常用的方法有多孔法和负载法。多孔法是将全氟磺酸树脂与加压流体接触，进行溶胀，再迅速减压，使流体气化并迅速逸出，在全氟磺酸树脂基体内部产生很多孔洞。负载法是将全氟磺酸树脂在一定温度和压力下配成溶液，然后将溶液浸渍在无机氧化物中，一定时间后，再通过浸渍回流或浸渍蒸干法去除溶剂，获得负载型催化剂。随着科学的发展，还有新的制备方法不断涌现，其中静电纺丝是比较直接、高效获得纳米级超细纤维的方法，可将全氟磺酸树脂制备成全氟磺酸纳米催化纤维。本发明提出一种制备全氟磺酸催化纤维的方法，将全氟磺酸树脂颗粒经过溶解后，并加入一定的携带聚合物来增加纺丝溶液体系中的链缠结，然后进行静电纺丝，得到全氟磺酸催化纤维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全氟磺酸树脂的溶解方法及超细纤维的高效制备技术，能够制备出粗细均一、耐热性好、使用寿命长的纳米级全氟磺酸催化纤维。

本发明制备全氟磺酸催化纤维的方法，具体包括如下步骤和工艺条件：

1)全氟磺酸树脂的溶解。将全氟磺酸树脂固体颗粒放入水与有机溶剂的混合溶剂中，常温搅拌后，转入高压反应釜，高温下溶解4到24小时，自然冷却，得到清亮的全氟磺酸树脂溶液。

2)将步骤1)所得溶液与水溶性高分子混合，磁力搅拌并静置脱泡1到24小时，作为纺丝溶液。

3)取步骤2)制得的纺丝液于离心静电纺丝装置中，设定纺丝条件，电压1KV到50KV，接收距离5cm到20cm，得到全氟磺酸催化纤维。

本发明技术方案步骤1)中，所述全氟磺酸树脂的分子结构为：

其中M为0～3的整数，N为大于等于2的整数，X大于等于1，Y大于等于1，R为SO3M，其中M为碱金属或碱土金属。

本发明技术方案步骤1)中固态全氟磺酸树脂质量占转入高压釜中物质总质量的1％到50％。

本发明技术方案步骤1)中溶解温度为100℃到240℃，压力为1MPa～10MPa。

本发明技术方案步骤1)中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺，丙二醇，丙酮中的一种或其中多者的混合物，所述水的质量分数为10％～50％。

本发明技术方案步骤2)中，所述水溶性高分子为聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚环氧乙烯中的一种或几种的混合，质量分数为1％～50％。

本发明通过溶解全氟磺酸树脂，然后通过离心静电纺丝方法，将颗粒状原料制备成纤维状材料，增加了比表面积。制备方法简洁、高效、无毒，可循环制备，材料利用率高。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面以实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例：

实施例1：

1)配制水与乙醇的混合溶液60克，其中水的质量分数为10％，并加入4g全氟磺酸树脂，磁力搅拌30分钟，转入高压反应釜，密闭后加热至100℃，保温20小时后自然冷却到室温，取出混合液体。2)将混合溶液与4克聚环氧乙烯混合充分搅拌，静置1小时，得到澄清透明的纺丝液。3)取纺丝液30克，放入离心静电纺丝设备，设定电压5KV，转速480rpm，接收距离15cm，得到排布均匀的全氟磺酸催化纤维。

实施例2：