[发明专利]一种通过改进型同轴电纺工艺制备多孔纳米聚合物纤维的方法

说明书

本发明提出一种通过改进型同轴电纺工艺制备多孔纳米聚合物纤维的方法，包括以下步骤：制备鞘液和芯液；通过两个注射器分别抽取鞘液和芯液，并且将两个注射器分别置于两个推进泵上，利用铝箔作为接收器接收纳米纤维,高压电源的正极连接同轴纺丝头针头，负极连接做好接地处理的铝箔，得到具有多孔结构的纳米纤维；本发明通过单步法制备具有优异孔结构的纳米多孔纤维。利用改进型同轴静电纺丝工艺，打破传统观念的电流体动力学制备思路，可以制备纳米多孔纤维，该制备方法要具有操作简便、成本低廉、成孔明显等优点，在静电纺丝技术规模化的基础上通过该方法制备纳米多孔纤维具有一定的工业化生产前景。

技术领域

本发明涉及多孔纳米聚合物纤维技术领域，尤其涉及一种通过改进型同轴电纺工艺制备多孔纳米聚合物纤维的方法。

背景技术

纳米多孔纤维在能源、环境和生物医学等领域应用广泛，研究人员一般通过调控生产流程及工艺参数来获得具有高比表面积和丰富孔结构的纳米纤维，常见的纳米多孔纤维有碳纤维、无机纤维和聚合物纤维等。

使用常规的两步法方案制备纳米多孔纤维时，需要对通过静电纺丝得到的原始纤维进行煅烧或溶解，以此达到造孔目的。如中国专利申请CN 105862174 B公开了一种新型金属有机配合物纤维及其衍生多孔碳纤维的制备方法，首先取一定量六水合硝酸锌/六水合硝酸钴和二甲基咪唑分别加入到甲醇溶液中，磁力搅拌得到金属有机配合物纳米颗粒；然后将金属有机配合物颗粒分散到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，再加入聚丙烯腈，得到电纺溶液；随后通过静电纺丝技术，获得金属有机配合物/聚丙烯腈的电纺纤维，用铜网收集并剥离，得到金属有机配合物/聚丙烯腈纤维薄膜；最后将此薄膜煅烧，即获得多孔碳纤维。又如中国专利申请CN 112430910A公开了一种基于稻秆源醋酸纤维素电纺制备醋酸纤维素与二氧化钛(P25)多孔柔性纤维膜的方法，首先取一定体积的二氯甲烷和冰醋酸搅拌均匀，得到混合溶剂；然后并向其中加入稻秆源醋酸纤维素(CA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和P25，得到一定质量浓度的纺丝溶液，将配制好的纺丝液进行静电纺丝，随后将得到的复合纤维膜放于80℃烘箱中干燥得到柔性复合纤维膜；最后，将柔性复合纤维膜置于去离子水中，实现复合膜中PVP的溶解除去，得到多孔柔性纤维膜。

也有报道在静电纺丝过程中使用DMF、丙酮、氯仿、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯等溶剂进行造孔，通过选择不同的溶剂可以得到不同的多孔结构(Polymer,2012,53,5832-5849；RSCAdv.,2014,4,52973-52985)。其中DMF作为非挥发性溶剂可以通过蒸汽诱导相分离形成孔隙，而THF为挥发性溶剂，通常在在纤维表面形成孔隙。这种通过溶剂造孔的方式与本发明较为相近，都是在纤维制备过程中进行造孔，属于单步法，故而制备工艺相对简单。但是使用溶剂造孔的不足之处在于，得到的多孔纤维通常孔径较小或孔隙仅存在于纤维表面。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备方法简单，且制备的聚合物纤维具有良好的线性形貌的纤维制备方法。

为达到上述目的，本发明提出一种通过改进型同轴电纺工艺制备多孔纳米聚合物纤维的方法，包括以下步骤：

步骤1：制备鞘液；

步骤2：制备芯液；

步骤3：通过两个注射器分别抽取所述鞘液和所述芯液，并且将两个注射器分别置于两个推进泵上，利用铝箔作为接收器接收纳米纤维,高压电源的正极连接同轴纺丝头针头，负极连接做好接地处理的铝箔；设置纺丝液流速，纺丝电压，接收距离等参数，接通高压电源，纺丝一段时间，得到具有多孔结构的纳米纤维。

进一步的，在步骤1中，所述鞘液的制备方法为：分别量取适量丙酮、N,N二甲基乙酰胺、乙醇加入到螺口锥形瓶中，称取一定量干燥的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸纤维素粉末加入到所述螺口锥形瓶中，通过磁力搅拌,得到澄清且均匀的聚合物溶液。