[发明专利]一种基于静电纺丝技术的聚合方法

说明书

本发明公开了一种基于静电纺丝技术的聚合方法，将单体与溶剂加入容器中，并通入惰性气体排空溶液及容器中的氧气，再向所述容器中加入引发剂，搅拌均匀得到混合溶液，再将其引入静电纺丝设备中，在电压为20～35kv条件下进行静电纺丝聚合，制备得到纳米纤维结构聚合物。首次采用静电纺丝方法进行单体聚合反应，并且在聚合的过程中同时实现材料成型，操作简单易行，丰富了聚合物的制备方法，开拓了成型技术在聚合过程中应用的新理念，颠覆了传统聚合物制备方法的思路。也实现了不直接依靠高分子聚合物也能纺成纳米纤维材料。本发明还极大的提高了纳米纤维聚合物材料的制备效率，还有效降低能耗和成本，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米纤维制备的技术领域，特别的涉及一种基于静电纺丝技术的聚合方法。

背景技术

随着高分子化学的发展，由于高分子聚合物分子结构上的特性，具有特殊的物理性质和化学性质，从而被广泛地应用涂料、凝聚剂、胶片、土木建筑、造纸、染色、化妆品、药品、油墨、颜料、电子等领域。目前，聚合物的合成方法主要有水溶液聚合、反相乳液聚合、光引发聚合和微波引发聚合等。目前还未有采用静电纺丝工艺进行单体聚合的相关报道。

纳米纤维材料因其纤维直径小，且具有高孔隙率、高比表面积和高表面能等诸多优异的物理化学性能，已广泛应用于过滤材料、防水透湿、电池隔膜、生物组织工程等领域。而静电纺丝技术是目前制备纳米纤维的主要方法之一，其工艺简单且操作方便，已有PET、PA、PU、PVA、PAN、PVDF等多种高聚物可以通过静电纺丝技术加工成纳米纤维材料。

目前，制备目标纳米纤维结构材料则通常先制备聚合物，然后再采用聚合物溶液进行纺丝，如发明专利CN200710190220.5公开了一种高分子聚合物、该聚合物及其纳米纤维的制备方法，将单体A、单体B和单体C在引发体系存在下发生聚合反应，反应温度40～120℃，反应4～24小时；反应结束后经沉淀、过滤、干燥得到目的共聚物，再该聚合物经静电纺丝及交联处理可制备成耐溶剂型纳米纤维。发明专利CN201811367948.5公开了基于丙烯酸乳胶的荧光纳米纤维膜的制备方法，采用乳液聚合法将丙烯酸单体聚合，在通过静电纺丝工艺，得到荧光纳米纤维膜。但上述方法在聚合过程中通常采用加热、光照等方式提供聚合所需能量，并且聚合物要成型成目标形貌结构则需要进一步加工处理。聚合与成型分步进行，造成成本高和效率低等缺陷。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种基于静电纺丝技术的聚合成型的方法，为单体聚合提供了新的选择，同时节省了聚合及后处理的步骤，极大地提高了效率，节约了成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于静电纺丝技术的聚合方法，包括以下步骤：

1)将单体与溶剂加入容器中，并通入惰性气体排空溶液及容器中的氧气，再向所述容器中加入引发剂，搅拌均匀得到混合溶液；

2)将步骤1)制备得到的混合溶液引入静电纺丝设备中，在电压为20～35kv条件下进行静电纺丝聚合，制备得到纳米纤维结构聚合物。

本发明基于自由基聚合机理，单体在引发剂及高压电源作用下，瞬间实现聚合，并纺织成纳米纤维结构的聚合物，如下式所示。

在高电压作用下，一方面为单体聚合提供了聚合所需能量；另外一方面将聚合而成的聚合物瞬间成型。电压过低，聚合产物达不到聚合物分子量，无法纺织成纳米纤维或纳米纤维不均匀；电压过高，针头容易堵塞，无法成型出纳米纤维。

优选的，所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和H₂O中的一种或多种。

优选的，所述单体为丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸和苯乙烯中的一种或多种。

优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰。