[发明专利]一种杂环芳纶纳米纤维膜及其制备方法

权利要求书

1.一种杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将含苯并咪唑或苯并噁唑的芳杂环二胺单体和芳香族二胺单体溶解于溶剂中，并加入芳香族二酰氯单体，反应得到杂环芳纶溶液；其中，芳杂环二胺单体和芳香族二胺单体的总量与芳香族二酰氯单体的摩尔比为1：(0.9～1.1)，且芳香族二胺单体在芳杂环二胺单体和芳香族二胺单体的总量中的摩尔占比为0％～60％；

(2)在杂环芳纶溶液中按质量浓度为2％～6％加入无机多元酸或有机多元酸作为小分子物理交联剂，混合均匀后制得杂环芳纶聚合物的质量浓度为1％～3.0％，且动力学黏度为1～20Pa·s的纺丝胶液；

(3)将纺丝胶液通过静电纺丝工艺，并使用滚筒接收装置在300～1000rpm的转速下收集纺丝纤维，得到沿滚筒转动方向取向的初生杂环芳纶纳米纤维膜；

(4)将初生杂环芳纶纳米纤维膜分别在碱溶液和蒸馏水中浸泡后取出，经过常压烘干或冷冻干燥，再经退火处理，得到纯的杂环芳纶纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所用溶剂是由极性非质子有机溶剂和无机盐助溶剂配置的复合溶剂，且无机盐助溶剂在极性非质子有机溶剂中的质量浓度为1％～9％；

所述极性非质子有机溶剂包括：N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；

所述无机盐助溶剂包括：氯化锂、氯化钙、溴化锂、溴化钙中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的反应在惰性气体保护下进行，先将含苯并咪唑或苯并噁唑的芳杂环二胺单体和芳香族二胺单体加入溶剂中，所得溶液中水含量≤100ppm；然后分两个阶段添加芳香族二酰氯单体进行反应：第一阶段，芳香族二酰氯单体加入用量的70％～90％，并在0～5℃下反应20～40min；第二阶段，加入剩余的芳香族二酰氯单体，并在20～40℃下反应1～2h，制得的杂环芳纶溶液的质量浓度为3％～7％，室温下动力学黏度为300～1200Pa·s，特性黏数为10～20dL/g。

4.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：

所述含苯并咪唑或苯并噁唑的芳杂环二胺单体选自：2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并噁唑、2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并噁唑、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、2-(3-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、2-2’-对苯基-双苯并咪唑二胺中的一种或几种；

所述芳香族二胺单体选自：对苯二胺、2-氯-4-氨基苯胺、4,4’-联苯二胺、2,2’-二(三氟甲基)二氨基联苯、4,4’-二氨基-2,2’-二甲基-1,1’-联苯、4,4’-二氨基苯酰替苯胺、4,4’-二氨基二苯醚、对氨基苯甲酸对氨基苯酯中的一种或几种；

所述芳香族二酰氯单体选自：对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、4,4’-苯偶酰氯、4,4’-二酰氯二苯醚中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述小分子物理交联剂为硫酸、草酸、磷酸或多聚磷酸。

6.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的静电纺丝工艺条件为：电压18～30kV，纺丝速率0.1～3mL/h，针头距离滚筒接收装置的距离为5～30cm，温度为20～50℃，相对湿度为30～50％。

7.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述碱溶液为碱性物质的水溶液，碱性物质为有机碱或无机碱，所述碱溶液的pH值为8～11；浸泡的温度为20～80℃，时间为1～24h；常压烘干的温度为50～100℃，时间为1～5h；退火处理的温度为360～410℃，时间0.5～1h。

8.根据权利要求1所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)所得杂环芳纶纳米纤维膜中纳米纤维的直径为120～400nm。

9.一种杂环芳纶纳米纤维膜，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的杂环芳纶纳米纤维膜的制备方法制备得到。