[发明专利]一种聚乙烯吡咯烷酮/Fe3O4复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物/磁性颗粒复合纤维的制备领域，特别涉及一种聚乙烯吡咯烷酮/Fe₃O₄复合纤维的制备方法。

背景技术

杂化材料是一类无机-有机材料分子程度上界面结合良好的复合材料，磁性杂化材料可广泛用于环境保护(废水净化和制作磁性传感器)、生物技术与医学(微组织分离、血液净化、靶向供药、磁共振成像及肿瘤的磁疗)和民用防护服饰等。亚微米或者纳米纤维其径向传质路径短，能提供更多的固-液接触面，是一种有重要应用价值的磁性杂化材料。国内外相继开展了磁性纤维的研究，其应用则包括远红外纤维、抗菌纤维等。

磁性纤维的材料体系、制备方法可概括如下：R.H.Marchessaultt等人通过内腔填充法制出了磁性纤维素纤维及纸张【R.H.Marchessaultt，P.Rioux，Louise Raymond.Magnetic cellulosefibres and paper：preparation，processing and properties.Polymer，1992，33(19)，4024～4028】。Li等将含有Zn2+和Fe2+离子溶液，用NaOH溶液沉淀并经过空气氧化、共沉淀后再经过热处理制备了ZnFe2O4纳米纤维【Qiaoling Li，Changchuan Bo，Wenting Wang.Preparation and magneticproperties of ZnFe2O4 nanofibers by coprecipitation-air oxidation method.Materials Chemistry andPhysics，2010，124，891～893】。Mincheve等制备了壳聚糖和PAMPS两种聚电解质共同稳定的磁性颗粒，然后将磁性颗粒分散在含有壳聚糖的PVA或者PAAm溶液中，用静电纺的方法制备了磁性杂化纤维【Rosica Mincheve，et al.Synthesis of polymer-stabilized magneticnanoparticles and fabrication of nanocomposite fibers thereof using electrospinning，EuropeanPolymer Journal，2008，44，615-627】。Song等通过溶胶-凝胶方法获得了高比表面积的中空铁酸钡纤维【Fushan Song et al.Formation and characterization of magnetic barium ferrite hollow fiberswith high specific surface area via sol-gel process，Solid State Science，2010，12，1603-1607】，由于纤维中不含聚合物，这种多晶纤维并没有较高的强度。Arias等通过使铁锌比大于2、以PVA的水溶液为主要原料通过静电纺的方法制备了复合磁性粒子ZnFe2O4/γ-Fe2O3的PVA纤维，经过800℃煅烧后得到的饱和磁矩达到45emu/g【M.Arias，et al.Synthesis and characterizationof magnetic diphase ZnFe2O4/γ-Fe2O3 electrospun fibers，Journal of Magnetism and MagneticMaterials，2011，doi：10.1016/j.jmmm.2011.02.018】。汪成等制备了壳/核结构磁性半导体纳米纤维，其平均直径为100-450nm，壳层由p型半导体聚合物聚对苯乙炔为主要材质，厚度为30-150nm，核层由磁性四氧化三铁纳米粒子和聚乙烯醇分散介质组成，粒子大小为5-30nm，磁性纳米纤维长度为10μm-10cm【一维磁性纤维材料及其制备方法和应用，中国专利公开号CN101768797A】。齐鲁等公开一种磁性纤维及其制造方法，该磁性纤维具有皮芯结构，皮、芯体积比为3∶7-7∶3，其特征在于该纤维皮层料的重量百分比组成为：皮层聚合物57-89.7％、磁粉10-40％、增容剂0.3-3％；纤维芯层料的重量百分比组成为：芯层聚合物80-97.5％、金属粉2-15％、偶联剂0.5-5％【一种磁性纤维及其制造方法，中国专利公开号CN101649503】。齐鲁等还公开了一种磁性纤维及其制造方法，纤维中含有30-82.8％聚合物、16-65％磁粉、1-4％抗菌剂和0.2-1％改性剂，磁粉平均粒径为0.5-1.5μm，抗菌剂包括无机抗菌剂和有机抗菌剂，其中无机抗菌剂的平均粒径为0.05-0.4μm，通过在180-270℃温度下经双螺杆挤出、造粒和纺制出卷绕丝得到纤维【一种磁性纤维及其制造方法，中国专利公开号CN1526873】。叶民勤等公开了一种远红外磁性纤维及其生产方法，其特征在于：采用的基料为涤纶或丙纶或锦纶，采用的多元素混合超细微粉中含有：三氧化二铁、氧化钡、氧化锶、二氧化硅、氧化钙、氧化锰，基料中多元素混合超细微粉占2～8％，将熔融并充分搅拌的混合物通过双螺杆造粒机造粒，形成远红外磁性母粒；含有远红外磁性的母粒加热形成熔体，将熔体经螺杆挤压机，由计量泵压出喷丝孔，冷凝后成为细条；经过冷却固化、卷曲牵生，形成远红外磁性纤维【远红外磁性纤维及其生产方法，中国专利公开号CN101067225】。喻发全等公开了一种磁性纤维素复合微球的制备方法，同样用到了静电纺类似的高压电场进行静电喷射，最终形成再生的磁性纤维素复合微球【磁性纤维素复合微球的制备方法，中国发明专利公开号CN101942103A】，其制备工艺与静电纺相似，但并没有成纤。