[发明专利]一种交联橡胶纳米纤维材料及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米纤维领域，具体涉及一种交联橡胶纳米纤维材料及其制备方法和用途。

背景技术

橡胶行业是国民经济的重要基础产业之一，它不仅为人们提供日常生活不可或缺的日用、医用等轻工橡胶产品，而且向采掘、交通、建筑、机械、电子等重工业和新兴产业提供各种橡胶制生产设备或橡胶部件。可见，橡胶行业的产品种类繁多，后向产业十分广阔。近几年来，由于现代科学技术的发展对橡胶和橡胶制品提出了越来越高的要求，因此橡胶和橡胶制品的高性能化已成为橡胶工业的发展趋势。为了适应这种趋势，我国橡胶行业的科技工作者除了不断探索特种橡胶的应用开发还不断挖掘通用橡胶的应用潜力。本发明所涉及的橡胶纤维材料就是为通用橡胶的应用开辟了一条新的路径。

静电纺丝是目前制备纳米纤维最为简单有效的方法，其制得的纤维直径可在10nm～1000μm之间。静电纺丝的原理是先给聚合物流体施加高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下克服表面张力形成喷射细流，喷射细流在空中形成多种形式的不稳定流动并伴随着溶剂的挥发，最终落在接地的接收装置上形成聚合物纤维。相对于一般方法制得的纤维，电纺纤维具有极大的比表面积和表面积体积比，特别适合作为组织工程材料使用，同时在过滤膜、超敏感传感器、智能服装等方面有广泛的应用前景。

在过去的十几年里，静电纺丝以其简单通用等优点成为制备纳米纤维材料的代表技术。到目前为止，已有超过200种高分子材料通过静电纺丝制成纤维产品。美国专利US20030215624和US20040013873提供了多种聚合物的电纺纤维，包括：聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯吡咯烷酮等。中国专利CN200710043808.8提供了一种利用静电纺丝制备三元乙丙橡胶纳米纤维的方法及其应用。中国专利CN200910079247.6提供了一种橡胶纳米纤维的制备方法，他们采用同轴静电纺丝法，制备出了橡胶为芯层，水溶性聚合物为壳层的纳米纤维，所选的橡胶为顺丁橡胶、丁基橡胶、硅橡胶和丁腈橡胶。文献[Journal of Applied Polymer Science,2006,Vol.101:2333～2337]报导了顺丁橡胶（BR）的电纺纤维。由于BR的玻璃化转变温度（Tg）为-80℃，常温下的纤维很难保持形貌，在纺丝液中加入紫外光引发剂和交联剂，并对纺成的纤维进行紫外光照射交联来维持形貌，交联后BR纤维的Tg和力学性能都有所提高。文献[Materials Letters,2011,65:3076-3079]报导了通过静电纺-原位交联法制备银/BR超细纤维，在DMF中加入等量硝酸盐和PVP，再与THF按1:4的质量比配成混合溶剂来溶解BR。该溶液在紫外光照射下会快速原位还原成银纳米粒子，加入樟脑琨交联剂后电纺成丝，然后用紫外光照射交联法来维持含银纳米粒子BR纤维的形貌。

传统意义上，橡胶与纤维是高分子材料两个截然不同的类别。从力学特性上讲，橡胶材料最大的特点是高弹性，纤维材料最大的特点是高拉伸强度。本发明的目的在于结合两者优点，制备出高弹性高强度的橡胶纤维材料。本发明利用了静电纺丝技术，这是因为用该方法制得的橡胶纤维材料具有径细质轻、比表面积大、孔径尺寸小、易表面功能化等优点。但是由于橡胶材料高弹性的特点，纺制成的纤维会慢慢收缩，长时间后甚至会融并粘连在一起，因此维持橡胶纤维形貌是一个需要解决的关键问题。交联的含义是采用化学、物理方法将线型天然或合成高分子连接成三维网状结构。特别对于橡胶材料来说，网状结构的形成是发挥橡胶弹性的关键所在，交联也是橡胶工业最重要的生产技术。在橡胶的交联中，通常把由硫黄产生的交联称为硫化。硫化后的橡胶内形成空间立体结构，具有较高的弹性、耐热性、拉伸强度和在有机溶剂中的不溶解性等。本发明制备的橡胶纳米纤维通过硫化交联来提高其机械性能。

国外文献中有少量报道利用光辐射交联来维持橡胶纳米纤维形貌的方法，但该方法具有一定的局限性，首先是成本过高，不适合大量生产；其次加入的光引发剂等会对纺丝过程产生影响；最后辐射过程会导致材料降解，影响性能。

目前国内外尚无采用静电纺丝技术制备热交联的橡胶纳米纤维的发明专利。本发明利用电纺技术制得的橡胶纳米纤维材料具有径细质轻、比表面积大、孔径尺寸小、易表面功能化等优点，另外通过对制备的纤维材料先包覆后硫化，使其在保留上述优点的同时大幅提高了物理机械性能，相信将来会在医用材料，增强增韧材料，节能复合材料，过滤阻隔材料，纳米模板材料，纺织服装材料，传感检测材料和组织工程支架等方面得到广泛的应用。

发明内容