[发明专利]一种均孔纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种均孔纳米纤维的制备方法，包括：提供聚合物纤维以及含嵌段共聚物的溶液，聚合物纤维包括交联的第一聚合物纤维和/或多巴胺修饰的第二聚合物纤维；采用浸泡或喷涂的方式使整个聚合物纤维表面附着一层含嵌段共聚物的溶液，经静置后在聚合物纤维的表面形成嵌段共聚物层且嵌段共聚物层的表面形成均匀孔结构，得到均孔纳米纤维。该制备方法简单、易操作、过程可控，制得的均孔纳米纤维的表面具有规整度高的孔结构，中孔率高达98％以上，具有高的比表面积，性能稳定，有利于对物质的吸附和传输。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种均孔纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

多孔纳米纤维作为一种新型高分子材料，在吸附分离领域具有优异的传质速率和负载率。目前，多采用一步法和多步法制备多孔纳米纤维。一步法制备多孔纳米纤维是通过将疏水性聚合物溶解在高挥发性溶剂中，在电纺中高分子的微小液体流在高压静电场中高速拉伸和溶剂快速挥发，促使纤维表面温度降低导致发生热致相分离(TIPS)，形成聚合物富集相和溶剂富集相，聚合物富集相固化最终形成纤维的骨架，而溶剂富集相形成纤维的孔道；同时当空气中的水蒸气遇到温度较低的纤维表面时，会液化成水颗粒沉积在纤维表面，也就是所谓的非溶剂致相分离(NIPS)。一步法制备纳米多孔纤维的缺点在于孔结构的规整性不够、多孔形貌的重复率不高；其次，在静电纺丝过程非溶剂的挥发很难控制，影响成孔。多步法制备多孔纳米纤维是将一种或多种聚合物溶解在溶液中，也可添加一定量的致孔剂(如无机盐氯化钠、碳酸氢钠等)制备出纺丝溶液，经过电纺后获得聚合物纤维，然后通过后处理工艺，去除其中一种或多种成分，从而形成多孔结构的纤维。多步法制备纳米多孔纤维的缺点在于操作不易，尤其是后处理工艺，需要涉及溶剂萃取、热降解和紫外光照射交联处理等方式，很难对处理程度加以控制；其次后处理工艺去除部分聚合物会破坏纤维膜的连续性与完整度，纤维整体的力学性能、稳定性及其他性能降低。

因此，鉴于目前多孔纳米纤维制备方法以及制备得到的多孔纳米纤维存在的缺陷，亟需一种操作简单，过程可控的多孔纳米纤维制备方法，且制得的多孔纳米纤维具有高度规整的孔结构、比表面积大、性能稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种均孔纳米纤维，其表面具有高度规整的孔结构，比表面积大，稳定性好，从而提高对物质的吸附、传输能力，在催化工业、生物医药、传感器、微反应器领域中具有广泛的应用前景。

第一方面，本发明提供了一种均孔纳米纤维的制备方法，包括：

提供聚合物纤维以及含嵌段共聚物的溶液，所述聚合物纤维包括交联的第一聚合物纤维和/或多巴胺修饰的第二聚合物纤维，所述第一聚合物纤维和所述第二聚合物纤维的材质独立地选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述嵌段共聚物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚4-乙烯吡啶、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、聚乳酸和聚异戊二烯中的至少两种聚合物嵌段；

采用浸泡或喷涂的方式使整个所述聚合物纤维表面附着一层所述含嵌段共聚物的溶液，经静置后在所述聚合物纤维的表面形成嵌段共聚物层且所述嵌段共聚物层的表面形成均匀孔结构，得到均孔纳米纤维。

在本发明中，经过浸泡或喷涂后，所述聚合物纤维的表面包覆有所述含嵌段共聚物的溶液，即所述聚合物纤维与所述嵌段共聚物之间有化学键作用，经过自组装和非溶剂致相分离，在静置后能够在所述聚合物纤维的表面形成嵌段共聚物层，嵌段共聚物层的表面形成均匀分布的孔结构，最终形成包覆聚合物纤维的嵌段共聚物层，且所述嵌段共聚物层的表面具有均匀孔结构，即得到均孔纳米纤维。所述均孔纳米纤维的表面具有高度规整的孔结构，其性能稳定，具有高的比表面积，从而提高纤维对物质的吸附、传输能力。