[发明专利]纳米纤维膜的制备方法

摘要

本发明是纳米纤维膜的制备方法，包括（1）合成聚酰胺酸；（2）制备聚酰胺酸(PAA)纳米纤维膜；（3）制备聚酰胺酸纳米纤维膜亚胺化成聚酰亚胺膜；（4）制备CA纳米纤维膜；（5）同轴电纺醋酸纤维素‑聚酰胺酸；（6）CA‑PAA纳米纤维膜亚胺化（7）合成苯并噁嗪单体；（8）苯并噁嗪原位固化CA、PI、CA‑PI纳米纤维膜；（9）苯并噁嗪/二氧化硅原位固化CA、PI、CA‑PI纳米纤维膜。优点得到具有生物可降解性、成本低廉、显著的机械强度的CA‑PI纳米纤维膜；通过对纤维膜表面修饰，得到功能性的纤维膜材料；此高强度的疏水膜材料在油水分离、污水处理以及深海石油泄漏中具有广阔的应用前景。

主权项

纳米纤维膜的制备方法，其特征是包括如下工艺步骤：（1）合成聚酰胺酸；（2）制备聚酰胺酸PAA纳米纤维膜；（3）制备聚酰胺酸纳米纤维膜亚胺化成聚酰亚胺膜；（4）制备CA纳米纤维膜；（5）同轴电纺醋酸纤维素‑聚酰胺酸得到壳CA‑PAA芯纳米纤维膜；（6） CA‑PAA纳米纤维膜亚胺化得到高强度的CA‑PI纳米纤维膜：（7）合成苯并噁嗪单体；（8）苯并噁嗪原位固化CA、PI、CA‑PI纳米纤维膜；（9）苯并噁嗪/二氧化硅原位固化CA、PI、CA‑PI纳米纤维膜；所述的步骤（1）合成聚酰胺酸；在装有机械搅拌器、温度计、氮气导出入管的干燥四口烧瓶中加入联苯四甲酸二酐BPDA和对苯二胺PDA分别2.9422g和1.0814g， 摩尔比1:1，混合均匀；在强烈的机械搅拌下，加入DMAc 40ml，在‑15℃‑5℃下反应24h小时后，随后结束反应，得到聚酰胺酸；所述的步骤（2）聚酰胺酸PAA纳米纤维膜的制备：用1‑5％(wt)PAA的DMAc溶液，在电压为30KV， +20 KV～ ‑10KV的高压静电场中纺丝，注射器针尖到飞轮的接收距离为10‑15cm，飞轮的转速为1000‑2000转/min，电纺的速度为0.5‑1ml/h，纺丝成聚酰胺酸PAA纳米纤维膜；所述的步骤（3）聚酰胺酸纳米纤维膜亚胺化成聚酰亚胺膜：将电纺好的聚酰胺酸纳米纤维膜按照程序升温150℃/1h，200℃/1h，250℃/1h，300℃/1h，350℃/30mim的方法在管式炉中进行亚胺化得到聚酰亚胺膜；之后用深圳新三思的万能材料试验机CMT‑8500型对聚酰亚胺PI膜的应力一应变在室温下进行测试，测试其应力‑应变；所述的步骤（4）CA纳米纤维膜的制备：用5‑10% wt的二氯甲烷与丙酮3:1体积比的混合溶液，在高压静电场中纺丝，注射器针尖到滚筒的距离为10‑15cm，电纺速度为0.5‑1ml/h，纺丝成聚酰胺酸CA纳米纤维膜，电纺装置同电纺聚酰胺酸膜的装置，得到的纳米纤维膜用深圳新三思的万能材料试验机CMT‑8500型在室温下进行测试应力一应变；所述的步骤（5）同轴电纺醋酸纤维素‑聚酰胺酸得到壳CA‑PAA芯纳米纤维膜：同轴CA‑PAA纳米纤维膜的制备：是在传统的电纺装置的基础上采用同轴的针头， 1‑5％wtPAA的DMAc溶液作为芯，5‑10%wt的二氯甲烷与丙酮3:1体积比的混合溶液作为壳，在高压静电场中纺丝，高速旋转地飞轮进行接收CA‑PAA纳米纤维；所述的步骤（6） CA‑PAA纳米纤维膜亚胺化，得到高强度的CA‑PI纳米纤维膜：1）将电纺好的聚酰胺酸纳米纤维膜按照程序升温150℃/2h，200/3h，250℃/1h，260℃/1h的方法进行亚胺化得到CA‑PI纳米纤维膜；2）采用深圳新三思的万能材料试验机CMT‑8500型在室温下进行测试应力一应变；所述的步骤（7）合成苯并噁嗪单体：1）将双酚AF、多聚甲醛和间三氟甲苯胺分别14.7 g，5.3 g和14.1g，依次加入装有冷凝回流管、电动搅拌机、N2导气管、温度计的四口瓶中；2）加热直至反应物粘稠很难搅拌为止，待反应物冷却至室温，向其加入CHCl3 200ml进行溶解；3）用质量分数2%的NaOH溶液洗涤上述溶解完全的混合溶液，待溶液分层取下层溶液，将分离出来的溶液加入50ml的CHCl3；4）待搅拌均匀后加入2g的无水氯化钙CaCl2脱水；5）将脱水之后的溶液干燥，得到含氟苯并噁嗪的单体粉末；所述的步骤（8）苯并噁嗪原位固化CA、PI、CA‑PI纳米纤维膜：1）称取0.001g，0.002g，0.005g，0.01g，0.05g，0.1g和0.4g的含氟苯并噁嗪BAF‑tfa单体粉末，按照质量分数分别为0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、4.0% 溶解在乙酸丁酯ButylAcetate中，得到溶解完全且混合均一的透明溶液；2）将制备的CA、PI、CA‑PI纤维膜裁剪2×2cm宽度和长度的实验样品，并将该纤维膜浸渍在溶有含氟苯并噁嗪BAF‑tfa的乙酸丁酯溶液中；3）用摄子将浸渍在混合溶液中的CA、PI、CA‑PI纤维膜迅速取出，先在自然条件下晾干，然后放进真空供箱进行固化；之后冷却至室温，取出F‑PBZ/CA、F‑PBZ/PI、F‑PBZ/CA‑PI备用；所述的步骤（9）苯并噁嗪/二氧化硅原位固化CA、PI、CA‑PI纳米纤维膜：1）称取0.001g，0.002g，0.005g，0.01g，0.05g，0.1g和0.4g的BAF‑tfa单体粉末，按照质量分数分别为0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、4.0% 溶解在乙酸丁酯ButylAcetate中；2）并加入质量分数为0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%、4.0%的二氧化硅纳米颗粒到乙酸丁酯溶液中，得到溶解完全且混合均一的透明溶液；3）将制备的CA、PI、CA‑PI纤维膜裁剪2×2cm宽度和长度的实验样品，并将该纤维膜浸渍在溶有BAF‑tfa和纳米二氧化硅颗粒的乙酸丁酯液中；最后，用镊子将浸渍在混合溶液中的纤维膜迅速取出，先在自然条件下晾干，然后放进真空烘箱进行固化2h ，之后冷却至室温，取出F‑PBZ/SNP/CA、F‑PBZ/SNP/PI、F‑PBZ/SNP/CA‑PI备用。