[发明专利]一种耐水性聚乙烯醇纳米纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工新材料领域，特别涉及一种纳米纤维膜极其制备方法。

背景技术

随着纳米材料的迅速发展，纳米纤维制备技术特别是静电纺丝技术得到了长足发展，目前已经市场化的纳米纤维过滤材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、尼龙6(PA6)等材料，静电纺丝工艺过程需要用到二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂。静电纺丝在高压状态下进行，可能产生电火花，而有机溶剂易挥发，通风不良状况下可能会引起爆炸。并且有机溶剂对环境污染较大，生产过程需要配套溶剂回收装置，成本较高。静电纺丝得到的纳米纤维膜中仍残留有有机溶剂，使用时对人体安全产生隐患。

聚乙烯醇(PVA)被人们所熟知是因为其无毒无害可降解，使得其对环境几乎无污染。除此之外，它具有独特的耐油性、耐磨性、耐溶剂性，以及成膜性等出色的性能；同时聚乙烯醇(PVA)的静电纺丝技术相对成熟，产业化孵化成本较低。

尽管聚乙烯醇(PVA)材料加工简单，环境友好，性能优异，但是聚乙烯醇纳米纤维耐水性较差，作为过滤材料时，水蒸气的存在会使聚乙烯醇纳米纤维吸水溶胀甚至是溶解，使其无法作为口罩滤材或者是水过滤材料使用。目前，尚未有报道或者技术能够简单高效的改善聚乙烯醇纳米纤维的耐水性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维材料，用来替代传统聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、尼龙6(PA6)等材料。

本发明提供的技术方案如下：

一种耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)首先向100重量份去离子水中加入0-20重量份有机酸和0-20重量份的醇类配置混合溶剂，所述有机酸和醇类的总添加量不少于5重量份，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸和丁酸中的一种，所述醇类为甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种；

2)混合均匀后，依次加入3-20重量份聚乙烯醇，0-5重量份的交联剂和0-0.5重量份的催化剂，80-95℃下机械搅拌2-6h，配置成纺丝料液；

3)使用上述纺丝料液通过静电纺丝工艺制得聚乙烯醇纳米纤维膜。

4)通过热处理提高聚乙烯醇纳米纤维膜的交联度，制得耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维膜。

本发明还提供了另一种耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)首先向100重量份去离子水中加入0-20重量份有机酸和0-20重量份的醇类配置混合溶剂，所述有机酸和醇类的总添加量不少于5重量份，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸和丁酸中的一种，所述醇类为甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种；

2)混合均匀后，依次加入3-20重量份聚乙烯醇和0-0.5重量份的催化剂，80-95℃下机械搅拌2-6h，配置成纺丝料液；

3)使用上述纺丝料液通过静电纺丝工艺制得中间体；

4)将步骤3)制得的中间体放入熏蒸柜中进行交联热处理，同时完成消毒步骤，具体操作步骤为：将0.1-5重量份的交联剂配置成3-20wt％的溶液，加入碳酸氢钠调节pH值为7.5-8.5进行活化，活化完成后的溶液加入熏蒸柜储药池中，恒温交联灭菌25-35min，控制温度为42±5℃，相对湿度为70-80％，最终得到耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维膜；

5)通过热处理进一步提高聚乙烯醇纳米纤维膜的交联度，制得耐水性优异的聚乙烯醇纳米纤维膜。

优选地，热处理工艺为：热风或者红外加热，80-150℃处理样品1-30min。

优选地，步骤3)中使用针管吸取料液，盖上内径针头，挤出气泡；以针管为正极，锡箔纸为负极，开始纺丝，纺丝条件为：纺丝温度为15-20℃，相对湿度为50-55％；纺丝电压为20KV；纺丝电流0mA；推注速度1-1.5mL/min；针板距离为17.6-18.3cm。

优选地，各组分含量为：离子水100重量份、聚乙烯醇5-15重量份、有机酸8-18重量份、醇类5-15重量份、交联剂0.5-4重量份和催化剂0.1-0.4重量份。

优选地，所述催化剂为过硫酸铵；所述聚乙烯醇醇解度为95-99％；所述交联剂为多醛类交联剂，例如戊二醛。

优选地，所述聚乙烯醇的添加量为8-13重量份。

本发明还提供了采用上述方法制备得到的聚乙烯醇纳米纤维膜。