[发明专利]一种多孔聚丙烯腈纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，所述制备方法以N,N‑二甲基甲酰胺和水为混合溶剂，由于混合溶剂中有少量的水，在静电纺丝的过程中，纺丝液形成富溶剂相和富聚合物相，并且富溶剂相和富聚合物相在纺丝过程中发生热致相分离，形成多孔聚丙烯腈纤维。本发明提供的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，操作简单，不需要后处理除去模板，大大简化了多孔聚丙烯腈纤维的制备流程，得到的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的比表面积在510m³/g以上，孔体积为0.306cm³/g以上，拉伸断裂强度为5MPa以上，具有优良的力学性能和多孔性。

技术领域

本发明纳米纤维技术领域，具体涉及一种多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法及得到的纤维膜。

背景技术

多孔纤维具有比表面积大、孔隙率高、可控化学结构等特点，被广泛应用于工农业及医疗等多个领域，如催化主/助载体、吸附材料、空气净化、水处理、医用防护、光电材料等。目前多孔聚丙烯腈纳米纤维的制备主要通过模板法来得到，如将在聚丙烯腈聚合物中添加性质相差较远的另一种物质，将混合物纺丝成纤维，然后利用添加物质与聚合物之间不同的热稳定性、溶解性等性能，使添加物热分解或溶解到溶剂中而除去添加物，得到多孔聚丙烯腈纤维。

然而，上述方法需要对初纺纤维进行后处理，条件苛刻，过程比较复杂，且会损伤聚丙烯腈纤维的多孔结构。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供一种操作简单，无需后处理除去模板的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法。本方法得到的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜具有较高的比表面积和稳定的孔隙结构。

本发明的目的是提供一种多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述方法得到的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜。

本发明提供的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取聚丙烯腈，溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水的混合溶剂中，搅拌，得到聚丙烯腈纺丝液；

优选地，步骤(1)中，所述聚丙烯腈的分子量为8000-150000。

优选地，步骤(1)中，混合溶剂中N,N-二甲基甲酰胺和水的重量比为5-12:1。进一步优选地，步骤(1)中，混合溶剂中N,N-二甲基甲酰胺和水的重量比为10.11:1。

优选地，步骤(1)中，所述溶解的温度为115-125℃。

优选地，步骤(1)中，所述搅拌的速率为100r/min，时间为2-6h。

优选地，步骤(1)中，所述聚丙烯腈纺丝液的浓度为6-15％。

优选地，步骤(1)中，所述聚丙烯腈纺丝液的粘度为240-350cP。

(2)取步骤(1)得到的聚丙烯腈纺丝液，在温度为20-25℃，湿度为20-30％条件下静电纺丝，然后在对流烘箱中烘干，烘干温度为215-225℃，烘干时间为45-75min，得到所述多孔聚丙烯腈纳米纤维膜。

优选地，步骤(2)中，静电纺丝的电压为8.5万伏，电场高度为150-200mm。

本发明提供的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和水为混合溶剂，在混合溶剂中有少量的水，在静电纺丝的过程中，纺丝液形成富溶剂相和富聚合物相，并且在纺丝过程中富溶剂相和富聚合物相发生热致相分离，溶剂瞬间挥发，形成稳定的多孔，得到多孔聚丙烯腈纤维。本发明提供的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法，操作简单，不需要后处理除去模板，得到的多孔聚丙烯腈纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔体积。