一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料及其制備方法

一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料及其制備方法，屬于氣凝膠材料及其制備方法領域。通過將熱塑性聚合物與乙酸丁酸纖維素熔融共混、牽伸、萃取等制備得到聚合物納米纖維，將該聚合物納米纖維加入水中或水與有機溶劑組成的水系溶劑中，形成聚合物納米纖維分散液，再發生交聯反應，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液，對交聯后的聚合物納米纖維懸浮液進行冷凍干燥，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。本發明制備的聚合物納米纖維基氣凝膠材料具有明顯的納米纖維多孔結構，力學性能良好等優點。本發明制備的產品可直接應用或通過與其他材料復合應用于空氣過濾、隔熱、吸附等多種領域。
【專利說明】
一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于氣凝膠材料及制備方法領域，具體地涉及一種聚合物納米纖維基氣凝 膠材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 氣凝膠是水凝膠或有機凝膠干燥后的產物，是目前世界上最輕的固體材料。它具 有納米級的氣孔結構，比表面積高達500~1200m 2 · g^1，孔隙率達到90%以上。這種特殊的 結構賦予氣凝膠許多優良的性能，使其在隔熱保溫、隔音、催化、吸附等方面有光明的前途。 其應用可涉及航空航天、建筑、生物化學、石油泄漏等眾多領域。
[0003] 由于氣凝膠的多孔結構以及其納米級的氣孔，使得氣凝膠的骨架強度低，導致氣 凝膠韌性小、力學性能差、結構不穩定，因此在實際應用時受到限制。而這種限制尤其在無 機氣凝膠中更加顯著。無機氣凝膠強度低，結構容易被破壞。
[0004] 與無機氣凝膠不同，有機氣凝膠較無機氣凝膠有易加工、韌性好的特點，是氣凝膠 材料研究的一個重要發展方向。例如，中國發明專利申請（申請公開號:CN103131039A，申請 【公開日】：2013-6-5)，公開了一種納米纖維素氣凝膠的制備方法。該方法介紹了一種納米纖 維素氣凝膠的制備，這種方法解決了纖維素氣凝膠在有機溶劑中不易均勻分散等問題，制 備出了性能良好的有機氣凝膠。但是纖維素氣凝膠的化學穩定性差，不耐腐蝕，所以使纖維 素氣凝膠的應用領域受到了很大的限制。同時纖維素氣凝膠在制備過程一般使用溶膠-凝 膠法，溶膠-凝膠法中的化學反應是影響氣凝膠網絡結構形成的關鍵，該方法不僅過程復 雜，同時制備而成的氣凝膠的結構難以調控，容易坍塌，所以纖維素氣凝膠的制備也有很大 的局限性。
[0005] 根據制備納米纖維方法的不同，中國發明專利申請（申請公開號：CN104911901A， 申請【公開日】：2013-06-05)，公開了一種靜電紡氣凝膠復合納米纖維膜及其制備方法。該方 法介紹了一種以納米纖維為核，氣凝膠為殼的核殼結構，從而達到既防水透濕又超薄保暖 的氣凝膠。
[0006] 此外，中國發明專利申請（申請公開號:CN104674383A，申請【公開日】：2015-06-03)， 公開了一種碳納米纖維氣凝膠的靜電紡絲氣凝膠的構建方法。該方法介紹了用靜電紡絲法 制備碳納米纖維，經冷凍干燥制備碳納米纖維氣凝膠的方法。該方法制備的納米纖維氣凝 膠組成和結構易控，可以滿足實際應用中的不同需求。靜電紡納米纖維由于其纖維制備的 特殊性，制備氣凝膠對氣凝膠成型較有利，但是其紡絲溶液大多具有毒性，同時多數纖維在 制成凝膠時需要溶劑置換等工藝，使得其制備方法復雜化，不適宜大規模生產制備。同時靜 電紡納米纖維制備方法不適用于制備熱塑性納米纖維，而使得靜電紡制備納米纖維的方法 在制備納米纖維上，有著明顯的缺陷。
[0007] 另外，還有一些其他材料的氣凝膠，如中國發明專利申請（申請公開號： CN104017233A，申請【公開日】：2014-09-03)，公布了磁性細菌纖維素氣凝膠稀有材料的制備 方法，該方法用磁性細菌纖維素氣凝膠改性為碳納米纖維氣凝膠，加上磁性粒子用于吸油 材料。
[0008] 如中國發明專利申請（申請公開號：CN104529519A，申請【公開日】：2015-04-22)，公 布了一種礦物納米纖維氣凝膠的常壓干燥制備方法，該方法用非金屬礦物質粉末制成溶膠 后經發泡再干燥制備成氣凝膠。
[0009] 如中國發明專利申請（申請公開號：CN105566674A，申請【公開日】：2016-05-11)，公 布了一種高比表面積的甲殼素納米纖維氣凝膠及其制備方法。該方法利用甲殼素制備出甲 殼素氣凝膠，具有較高比表面積。
[0010] 如中國發明專利申請（申請公開號：CN105236426A，申請【公開日】：2015-10-13)，公 開了一種聚合物改性兼納米纖維碳纖維摻雜的Si02氣凝膠。中國發明專利申請（申請公開 號:CN105131328A，申請【公開日】：2015-12-09)，公布了一種聚合物氣凝膠的制備方法，該方 法制備出的聚合物氣凝膠種類較多，主要應用于吸油材料。中國發明專利申請（申請公開 號:CN105175720A，申請【公開日】：2015-12-23)，公布了一種導電聚合為氣凝膠的制備方法， 該方法運用苯胺和低酯果膠制備出力學性能良好的導電聚合物氣凝膠。缺點是制備方法復 雜。
[0011]除了聚合物氣凝膠，生物質氣凝膠也是制備熱點。如中國發明專利申請（申請公開 號:CN105504335A，申請【公開日】：2016-04-20)，公布了一種生物質微納米纖維氣凝膠的制備 方法，該方法用生物中的蝦殼提取甲殼素制備出氣凝膠，不僅做到廢物利用，同時制備出氣 凝膠力學性能良好。但該發明的缺點是從蝦殼中提取甲殼素的操作過程比較復雜。
[0012] 對于后期不同的干燥方式處理，中國發明專利申請（申請公開號：CN105670029A， 申請【公開日】：2016-06-15)，公開了一種真空干燥制備聚酰胺氣凝膠的方法，該方法使用低 沸點溶劑代替高沸點溶劑，使得聚酰胺氣凝膠可直接由冷凍干燥制備而成，且置換溶劑可 重復使用。該發明的缺點是制備氣凝膠的原料比較單一。

【發明內容】

[0013] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料及其制備 方法。該方法制備的聚合物納米纖維基氣凝膠可直接應用或通過與其他材料復合應用于空 氣過濾、隔熱、吸附等多種領域，且該制備工藝簡單，對冷凍干燥條件要求低，生產成本低， 具有一步到位的優點。
[0014] -種聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，包括如下制備步驟：
[0015] 1)納米纖維的制備:將熱塑性聚合物與乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經熔融擠出、 牽伸，制備得到聚合物納米纖維原絲;將所述聚合物納米纖維原絲經丙酮萃取，去除乙酸丁 酸纖維素，得到聚合物納米纖維；
[0016] 2)納米纖維分散液的制備:將所述步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水中或水與 有機溶劑組成的水系溶劑中，經乳化、剪切，制備得到分散均勻的聚合物納米纖維分散液；
[0017] 3)納米纖維基氣凝膠材料的制備：向所述步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液中 加入交聯劑進行交聯反應，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液，再將交聯后的聚合物納 米纖維懸浮液進行冷凍、干燥，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0018] 進一步地，所述步驟2)中的有機溶劑為醇類或酸類中的一種或一種以上，且水系 溶劑中有機溶劑與水的質量百分比為50~90:10~50。
[0019] 再進一步地，所述醇類為乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一種或一種以上;所述 酸類為甲酸、乙酸中的一種。
[0020] 更進一步地，所述步驟2)的具體反應過程如下：
[0021] 將所述步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水中或水與有機溶劑組成的水系溶劑 中，聚合物納米纖維與水或水系溶劑的質量百分比為1~5:95~99;經乳化機乳化、剪切，且 乳化機的剪切速度為5000~20000r/min，制備得到分散均勻的聚合物納米纖維分散液。
[0022] 更進一步地，所述步驟3)中，交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為1~ 10:90~99,且交聯劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚N，N-二甲基丙烯酰胺或殼聚糖中的一種。
[0023] 更進一步地，所述步驟3)的具體反應過程如下：
[0024]向所述步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液中加入交聯劑進行交聯反應，在攪拌 的條件下，加熱溫度控制在30~90°C之間，反應時間為30~lOOmin，得到交聯后的聚合物納 米纖維懸浮液;再將交聯后的聚合物納米纖維懸浮液冷卻至室溫，在零下90°C~零下20°C 的條件下進行冷凍，冷凍時間為6~20h，冷凍結束后進行真空干燥，真空度為1~50Pa，干燥 時間為20~90h，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0025] 更進一步地，所述攪拌為磁力攪拌，所述加熱為水浴加熱，控制水浴加熱溫度在30 ~60°C之間，反應時間為30~60min。
[0026] 更進一步地，所述步驟1)中，熱塑性聚合物為聚酯類、聚酰胺類或聚烯烴共聚物中 的一種。
[0027] 更進一步地，所述聚酯類為沖1'、？1'1'、？81'、？841'中的一種，所述聚酰胺類為？八6、 PA66、PA12、PA1010中的一種，所述聚烯烴共聚物為PVA-c〇-PE、PE-c〇-GMA中的一種。
[0028]本發明還公開了一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料，所述聚合物納米纖維基氣凝 膠材料根據上述制備方法制備得到。
[0029] 本發明的原理：
[0030] 1、各種熱塑性聚合物的選用原理：
[0031] PET:聚對苯二甲酸乙二醇酯，在較寬的溫度范圍內具有優良的物理機械性能，長 期使用，溫度可高達120°C，本身不溶于甲醇、乙醇、丙酮、烷烴。
[0032] PTT:聚對苯二甲酸丙二醇酯，是一種性能優異的聚酯類新型纖維，綜合了尼龍的 柔軟性、腈綸的蓬松性、滌綸的抗污性，加上本身固有的彈性，以及能常溫染色等特點，把各 種纖維的優良服用性能集于一身，從而成為當前國際上最新開發的熱門高分子新材料之 〇
[0033] PBT:聚對苯二甲酸丁二醇酯，最重要的熱塑性聚酯，五大工程塑料之一。可以在 140°C下長期工作，韌性、耐疲勞性，本身不耐強酸、強堿，能耐有機溶劑，可燃，高溫下分解。 [0034] PBAT:是巴斯夫公司生產的聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯的商品名，俗稱為 Ecof lex，屬于熱塑性生物降解塑料，兼具和TOT的特性，既有較好的延展性和斷裂伸長 率，也有較好的耐熱性和沖擊性能;此外，還具有優良的生物降解性，是目前生物降解塑料 研究中非常活躍和市場應用最好降解材料之一。
[0035] PA6:聚酰胺-6，即尼龍6，化學物理特性和尼龍66很相似，然而，它的熔點較低，而 且工藝溫度范圍很寬。它的抗沖擊性和抗溶解性比尼龍66塑料要好，但吸濕性也更強。因為 塑件的許多品質特性都要受到吸濕性的影響，因此使用尼龍6設計產品時要充分考慮到這 一點。為了提高尼龍6的機械特性，經常加入各種各樣的改性劑。玻璃就是最常見的添加劑， 有時為了提高抗沖擊性還加入合成橡膠，如EPDM和SBR等。
[0036] PA66:聚酰胺-66，聚己二酰己二胺;性能優于尼龍6，強度高，耐磨性好。
[0037] PA12:是半結晶-結晶熱塑性材料。是很好的電氣絕緣體并且和其它聚酰胺一樣不 會因潮濕影響絕緣性能。它有很好的抗沖擊性機化學穩定性。PA12有許多在塑化特性和增 強特性方面的改良品種，和PA6及PA66相比，這些材料有較低的熔點和密度，具有非常高的 回潮率。
[0038] PA1010:半透明，吸水小。耐寒性較好。適于制作一般機械零件、減磨耐磨零件、傳 動零件以及化工、電器、儀表等零件。
[0039] PVA-co-PE:聚乙烯醇-乙烯共聚物，具有較高的親水性、無毒、生物相容性良好、成 膜性能好、力學吸能和低污染等特點。
[0040] ΡΕ-co-GMA:聚乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯，為甲基丙烯酸縮水甘油酯對聚乙烯 的改性后的聚合物，GMA是一種不溶于水，易溶于有機溶劑的無色透明液體，對PE進行改性 后，提高了聚合物的親水性和極性，同時也賦予了聚烯烴新的特性。
[0041 ] 2、本發明的制備方法的工作原理：
[0042]本發明利用熔融紡絲法制備出聚合物納米纖維原絲，通過索氏萃取法得到聚合物 納米纖維，再經高速剪切使聚合物納米纖維均勻分散在水或水系溶劑中。由于經過剪切，纖 維長徑比降低，對氣凝膠的比表面積不會有太大影響。然后加入適量的交聯劑后通過冷凍 干燥法制得聚合物納米纖維基氣凝膠材料。由于利用了聚合物納米纖維之間的鏈相互纏結 作用，以及納米纖維的活性官能團(羥基、氨基等)與交聯劑之間的氫鍵、范德華力等形成氣 凝膠的三維網絡結構，使其在干燥后仍能保持高孔隙結構。
[0043]本發明的有益效果在于：
[0044] 1、氣凝膠原料的多樣性使得制備出的氣凝膠自身性質也有所不用，本發明的氣凝 膠不僅原料范圍包含可熔融紡絲的聚合物，制備方法簡單，無需溶劑置換等復雜步奏，制備 過程安全健康，制備而成的氣凝膠形態良好，結構不易坍塌。
[0045] 2、本發明制備的納米纖維氣凝膠具有明顯的納米纖維多孔結構，且為有機氣凝 膠，使得其相比無機氣凝膠而言力學性能良好。同時相比纖維素氣凝膠，制備工藝簡單，對 冷凍干燥條件要求低;相比靜電紡納米纖維，經熔融紡絲，萃取之后的納米纖維無需使用有 毒有害化學藥品，環保安全，工藝流程簡單，制備納米纖維氣凝膠結構良好。
[0046] 3、本發明相比其他原料制備出的氣凝膠，有納米纖維多孔結構，性能優異。本發明 由于纖維自身結構，使得制備而成的納米纖維氣凝膠易改性、接枝或與其他物質復合，使得 納米纖維氣凝膠應用領域廣闊，不僅可直接應用于空氣過濾、隔熱、吸附等領域，同時可以 通過簡單的改性或復合應用于更多領域。
[0047] 說明書附圖
[0048] 圖1為本發明的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的電鏡掃描示意圖。
【具體實施方式】
[0049] -種聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，包括如下制備步驟：
[0050] 1)聚合物納米纖維的制備:將熱塑性聚合物與乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經熔 融擠出、牽伸，制備得到聚合物納米纖維原絲;將所述聚合物納米纖維原絲經丙酮萃取，去 除乙酸丁酸纖維素，得到聚合物納米纖維；
[0051]為更好的實現本發明的技術方案，熱塑性聚合物為聚酯類、聚酰胺類或聚烯烴共 聚物中的一種。
[0052] 進一步地，所述聚酯類為PET、PTT、PBT、PBAT中的一種，所述聚酰胺類為PA6、PA66、 PA12、PA1010中的一種，所述聚烯烴共聚物為PVA-c〇-PE、PE-c〇-GMA中的一種。
[0053]其中，熱塑性聚合物與乙酸丁酸纖維素的質量百分比優選為20:80。
[0054] 2)聚合物納米纖維分散液的制備:將所述步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水中 或水與有機溶劑組成的水系溶劑中，經乳化、剪切，制備得到分散均勻的聚合物納米纖維分 散液；
[0055] 具體地，所述步驟2)中的有機溶劑為醇類或酸類中的一種或一種以上，且水系溶 劑中有機溶劑與水的質量百分比為50~90:10~50,所述醇類為乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁 醇中的一種或一種以上;所述酸類為甲酸、乙酸中的一種。
[0056] 所述步驟2)的具體反應過程為，將所述步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水中或 水與有機溶劑組成的水系溶劑中，聚合物納米纖維與水或水系溶劑的質量百分比為1~5: 95~99;經乳化機乳化、剪切，且乳化機的剪切速度為5000~20000r/min，制備得到分散均 勻的聚合物納米纖維分散液。
[0057] 3)聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備：向所述步驟2)制備的聚合物納米纖維分 散液中加入交聯劑進行交聯反應，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液，再將交聯后的聚 合物納米纖維懸浮液進行冷凍、干燥，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0058]進一步地，所述步驟3)中，交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為1~ 10:90~99,且交聯劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚N，N-二甲基丙烯酰胺或殼聚糖中的一種。
[0059] 所述步驟3)的具體反應過程為：向所述步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液中加 入交聯劑進行交聯反應，在磁力攪拌的條件下，水浴加熱溫度控制在30~90°C之間，反應時 間為30~lOOmin，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液;再將交聯后的聚合物納米纖維懸 浮液冷卻至室溫，在零下90 °C~零下20 °C的條件下進行冷凍，冷凍時間為6~20h，冷凍結束 后進行真空干燥，真空度為1~50Pa，干燥時間為20~90h，制備得到聚合物納米纖維基氣凝 膠材料。
[0060] 由上述制備方法制備得到的聚合物納米纖維氣凝膠材料具有良好的微觀結構，同 時克服無機物氣凝膠力學性能差等特點，力學性能良好，成型性也較好，具有不易坍塌的優 點。
[0061] 為了更好的實現本發明，下面結合具體的實施例對本發明作進一步地闡述。
[0062] 實施例1
[0063] 1)聚合物納米纖維的制備：取20g聚酯類共聚物，本實施例中優選為PET(也可為 PTT、PBT或Ecoflex中的一種），與80g乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經雙螺桿擠出機熔融擠 出、牽伸制備得聚合物納米纖維原絲;且乙酸丁酸纖維素作為基體;將該聚合物納米纖維原 絲用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纖維素基體，得到聚合物納米纖維；
[0064] 2)聚合物納米纖維分散液的制備:將步驟1)制備的聚合物納米纖維加入50g水中， 且聚合物納米纖維與水的質量百分比為1:99,經乳化機剪切，其中，剪切速度為5000r/min， 得到分散均勻的聚合物納米纖維分散液；
[0065] 3)聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備：向步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液 中加入聚乙烯醇交聯劑，且聚乙烯醇交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為1: 99，在50°C的水浴加熱條件下，磁力攪拌反應60min，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液， 再將交聯后的聚合物懸浮液冷卻至室溫，再在零下20 °C的條件下冷凍20h后，真空干燥90h， 且干燥時的真空度為50Pa，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0066] 實施例2
[0067] 1)聚合物納米纖維的制備:取20g聚酰胺類共聚物，本實施例中優選為PA66，與80g 乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸制備得聚合物納米纖維原絲； 且乙酸丁酸纖維素作為基體;將該聚合物納米纖維原絲用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纖維素 基體，得到聚合物納米纖維；
[0068] 2)聚合物納米纖維分散液的制備:取90g乙醇與10g水混合得到水系溶劑，將步驟 1)制備的聚合物納米纖維加入水系溶劑中，且聚合物納米纖維與水系溶劑的質量百分比為 5:95,經乳化機剪切，其中，剪切速度為8000r/min，得到分散均勻的聚合物納米纖維分散 液；
[0069] 3)聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備：向步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液 中加入聚乙二醇交聯劑，且聚乙二醇交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為5: 95,在60°C的水浴加熱條件下，磁力攪拌反應50min，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液， 再將交聯后的聚合物納米纖維懸浮液冷卻至室溫，再在零下50°C的條件下冷凍10h后，真空 干燥60h，且干燥時的真空度為40Pa，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0070] 實施例3
[0071] 1)聚合物納米纖維的制備:取20g聚酰胺類共聚物，本實施例中優選為PA12，與80g 乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸制備得聚合物納米纖維原絲； 且乙酸丁酸纖維素作為基體;將該聚合物納米纖維原絲用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纖維素 基體，得到聚合物納米纖維；
[0072] 2)聚合物納米纖維分散液的制備：取60g乙酸或者甲酸與40g水混合得到水系溶 劑，將步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水系溶劑中，且聚合物納米纖維與水系溶劑的質 量百分比為3:97，經乳化機剪切，其中，剪切速度為10000r/min，得到分散均勻的聚合物納 米纖維分散液；
[0073] 3)聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備：向步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液 中加入聚N，N-二甲基丙烯酰胺交聯劑，且聚N，N-二甲基丙烯酰胺交聯劑與聚合物納米纖維 分散液的質量百分比為10:90,在80°C的水浴加熱條件下，磁力攪拌反應70min，得到交聯后 的聚合物納米纖維懸浮液，再將交聯后的聚合物納米纖維懸浮液冷卻至室溫，再在零下90 °C的條件下冷凍5h后，真空干燥30h，且干燥時的真空度為30Pa，制備得到聚合物納米纖維 基氣凝膠材料。
[0074] 實施例4
[0075] 1)聚合物納米纖維的制備:取20g聚烯烴類共聚物，本實施例中優選為PVA-co-PE， 與80g乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸制備得聚合物納米纖維 原絲;且乙酸丁酸纖維素作為基體;將該聚合物納米纖維原絲用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纖 維素基體，得到聚合物納米纖維；
[0076] 2)納米纖維分散液的制備：取50g乙醇或叔丁醇與50g水混合得到水系溶劑，將步 驟1)制備的聚合物納米纖維加入水系溶劑中，且聚合物納米纖維與水系溶劑的質量百分比 為1:99,經乳化機剪切，其中，剪切速度為20000r/min，得到分散均勻的聚合物納米纖維分 散液；
[0077] 3)聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備：向步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液 中加入殼聚糖交聯劑，且殼聚糖交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為10:90,在 50°C的水浴加熱條件下，磁力攪拌反應70min，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液，再將 交聯后的聚合物納米纖維懸浮液冷卻至室溫，再在零下40 °C的條件下冷凍15h后，真空干燥 20h，且干燥時的真空度為10Pa，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0078] 實施例5
[0079] 1)聚合物納米纖維的制備:取20g聚烯烴類共聚物，本實施例中優選為PE-co-GMA， 與80g乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經雙螺桿擠出機熔融擠出、牽伸制備得聚合物納米纖維 原絲;且乙酸丁酸纖維素作為基體;將該聚合物納米纖維原絲用丙酮萃取，去除乙酸丁酸纖 維素基體，得到聚合物納米纖維；
[0080] 2)聚合物納米纖維分散液的制備：取5 0 g異丙醇與水的混合物（異丙醇與乙醇各 25g)與50g水混合得到水系溶劑，將步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水系溶劑中，且聚合 物納米纖維與水系溶劑的質量百分比為1:99,經乳化機剪切，其中，剪切速度為20000r/ min，得到分散均勻的聚合物納米纖維分散液；
[0081] 3)聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備：向步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液 中加入殼聚糖交聯劑，且殼聚糖交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為10:90,在 50°C的水浴加熱條件下，磁力攪拌反應70min，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液，再將 交聯后的聚合物納米纖維懸浮液冷卻至室溫，再在零下40 °C的條件下冷凍15h后，真空干燥 20h，且干燥時的真空度為10Pa，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。
[0082] 上述實施例制備得到的聚合物納米纖維氣凝膠材料具有如下表1所示的性能參 數。
[0083] 表1實施例中聚合物納米纖維基氣凝膠材料的性能參數
[0084]
[0085] 如圖1所示，本發明制備的納米纖維基氣凝膠材料具有多孔結構，且空隙率較大， 再結合表1可知，本發明制備的大部分納米纖維基氣凝膠材料的孔隙率多90%，導熱系數< 0.035。因此本發明制備的產品具有明顯的納米纖維多孔結構，力學性能良好，可直接應用 于隔熱及吸附等領域。
[0086] 同時，本發明制備的納米纖維基氣凝膠的密度在0.2~0.4g/cm3之間，具有孔徑 大，質量輕的優點。
[0087] 對本發明制備的納米纖維基氣凝膠材料可直接進行空氣過濾實驗，其中，對于0.2 ~0.4μπι的微粒，過濾效率可達到99%以上，此時壓降僅為40~55pa左右，因此本發明的產 品可直接應用于空氣過濾領域。
[0088] 此外，本發明制備的產品，力學性能穩定，強度高，結構不易坍塌，不容易被破壞。 本發明制備的產品可直接應用或通過與其他材料復合應用于空氣過濾、隔熱、吸附等多種 領域。
[0089]以上實施例僅為最佳舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。除上述實施例 外，本發明還有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明 要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:包括如下制備步驟： 1) 納米纖維的制備：將熱塑性聚合物與乙酸丁酸纖維素混合均勻后，經熔融擠出、牽 伸，制備得到聚合物納米纖維原絲;將所述聚合物納米纖維原絲經丙酮萃取，去除乙酸丁酸 纖維素，得到聚合物納米纖維； 2) 納米纖維分散液的制備:將所述步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水中或水與有機 溶劑組成的水系溶劑中，經乳化、剪切，制備得到分散均勻的聚合物納米纖維分散液； 3) 納米纖維基氣凝膠材料的制備：向所述步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液中加入 交聯劑進行交聯反應，得到交聯后的聚合物納米纖維懸浮液，再將交聯后的聚合物納米纖 維懸浮液進行冷凍、干燥，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。2. 根據權利要求1所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述 步驟2)中的有機溶劑為醇類或酸類中的一種或一種以上，且水系溶劑中有機溶劑與水的質 量百分比為50~90:10~50。3. 根據權利要求2所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述 醇類為乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一種或一種以上；所述酸類為甲酸、乙酸中的一 種。4. 根據權利要求1或2或3所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在 于:所述步驟2)的具體反應過程如下： 將所述步驟1)制備的聚合物納米纖維加入水中或水與有機溶劑組成的水系溶劑中，聚 合物納米纖維與水或水系溶劑的質量百分比為1~5:95~99;經乳化機乳化、剪切，且乳化 機的剪切速度為5000~20000r/min，制備得到分散均勻的聚合物納米纖維分散液。5. 根據權利要求1所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述 步驟3)中，交聯劑與聚合物納米纖維分散液的質量百分比為1~10:90~99,且交聯劑為聚 乙烯醇、聚乙二醇、聚N，N-二甲基丙烯酰胺或殼聚糖中的一種。6. 根據權利要求1或5所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于： 所述步驟3)的具體反應過程如下： 向所述步驟2)制備的聚合物納米纖維分散液中加入交聯劑進行交聯反應，在攪拌的條 件下，加熱溫度控制在30~90°C之間，反應時間為30~lOOmin，得到交聯后的聚合物納米纖 維懸浮液;再將交聯后的聚合物納米纖維懸浮液冷卻至室溫，在零下90°C~零下20°C的條 件下進行冷凍，冷凍時間為6~20h，冷凍結束后進行真空干燥，真空度為1~50Pa，干燥時間 為20~90h，制備得到聚合物納米纖維基氣凝膠材料。7. 根據權利要求6所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述 攪拌為磁力攪拌，所述加熱為水浴加熱，控制水浴加熱溫度在30~60°C之間，反應時間為30 ~60min〇8. 根據權利要求1所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述 步驟1)中，熱塑性聚合物為聚酯類、聚酰胺類或聚烯烴共聚物中的一種。9. 根據權利要求8所述的聚合物納米纖維基氣凝膠材料的制備方法，其特征在于:所述 聚酯類為PET、PTT、I?T、PBAT中的一種，所述聚酰胺類為PA6、PA66、PA12、PA1010中的一種， 所述聚烯烴共聚物為PVA-c〇-PE、PE-c〇-GMA中的一種。10. -種聚合物納米纖維基氣凝膠材料，其特征在于:所述聚合物納米纖維基氣凝膠材 料根據權利要求1~9中任意一項制備方法制備得到。
【文檔編號】C08L1/14GK106009056SQ201610472839
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】劉瓊珍, 王棟, 陳佳慧, 魯振坦, 王博, 劉軻, 李沐芳
【申請人】武漢紡織大學