[发明专利]柔性无机纤维材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属新材料技术领域，涉及柔性无机纤维材料及其制备方法，特别是涉及一种具有互穿三维网状结构分子链的前驱体溶液作为纺丝液的柔性无机纤维材料及其制备方法，具体地说是柔性金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物等纤维材料及其制备方法。

背景技术

无机纤维是一类以矿物质为原料制成的化学纤维，主要包括玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、玄武岩纤维、金属纤维等，在日常的生产生活中应用非常广泛，所制成的产品可应用于电子电器、交通运输、化学工程、建筑工程、隔热吸声、环境保护、航空航天和军工等领域。目前科研人员已利用多种工艺方法开发出无机纤维材料，无机纤维在拥有优良性能的同时，也存在着脆性大、力学性能差等问题，这大大限制了其实际应用。

中国专利CN200680032324公开了柔性陶瓷组合物的制造方法，采用溶胶-凝胶陶瓷组分和聚合物组分混合进行静电纺丝制造柔性陶瓷纤维、中国专利CN201310223225.9公开了一种氧化硅/氧化钛复合介孔柔性无纺纤维膜的制备方法，然而这两个专利在柔性陶瓷纤维制备过程中需加入聚合物，不但制备工艺复杂而且杂化纤维中陶瓷组分含量低，造成煅烧后陶瓷纤维产率偏低。中国专利CN201310492460.6公开了一种氧化锡纤维前驱体及氧化锡晶体纤维的制备方法、中国专利CN200910248784.9公开了一种超细氧化镁陶瓷纤维的制备方法、Ceramics International35(2009)391-396报导了通过溶胶-凝胶技术拉丝制备了α-Al₂O₃/Y₂O₃纤维、Journal of Sol-Gel Science Technology44(2007)177-186报导了通过溶胶-凝胶技术制备得到了氧化铝纳米短纤。这些专利和文章均采用溶胶-凝胶技术且不加入聚合物和表面活性剂，然而这些方法在制备前驱体溶液过程中均需要老化较长时间，且制备得到的纤维直径均匀性较差、易断裂，无法获得具有柔性的陶瓷纳米纤维。Catalysis Today 225(2014)10-17报导了利用静电纺丝技术制备介孔SiO₂/TiO₂纳米纤维、Journal of Colloid and Interface Science355(2011)328-333报导了利用静电纺丝技术制备多孔结构的Fe₂O₃/TiO₂纳米纤维，这些方法均未加聚合物加入表面活性剂，通过老化提高前驱体溶液的可纺性，制备获得了多孔陶瓷纳米纤维，然而这些方法制备得到的纤维由于存在直径均匀性差、连续性差、单纤维缺陷等问题使得纤维易脆裂，无法获得柔性的陶瓷纳米纤维。Journal of Colloid and Interface Science424(2014)49-55和Ceramics International38(2012)883-886报导了通过加入偶联剂和聚合物制成前驱体溶液进行静电纺丝得到柔性无机纤维，这两篇文章均制备得到了柔性无机纤维，但是杂化纤维中无机组分含量偏低，导致无机纤维产率极低。中国专利CN201310102036.6公开了一种N/Si共掺TiO₂纤维的制备方法，该方法采用一步合成法制备了有机钛，通过与偶联剂混合，再经浓缩得到纺丝液，采用离心甩丝获得了前驱体短纤维，该方法虽然制备得到了TiO₂短纤维，但该方法需要通过老化来提高可纺性，工艺十分复杂，且制备得到的纤维连续性较差，无法获得柔性无机纤维。

发明内容

本发明的目的是提供柔性无机纤维材料及其制备方法，特别是提供一种具有互穿三维网状结构分子链的前驱体溶液作为纺丝液的柔性无机纤维材料的制备方法，具体地说是柔性金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物等纤维材料及其制备方法。

本发明的柔性无机纤维材料的制备方法，具体步骤为：

第一步：

1)将至少一种金属源加入到对应的溶剂中，使金属源与溶剂间在搅拌过程中发生水解缩聚反应或螯合作用形成具有三维网状结构的分子链；

2)搅拌10-120min后加入偶联剂，偶联剂上有两种基团，包括亲无机分子的基团和亲有机分子的基团，此时偶联剂上的亲无机分子基团在溶液中通过发生部分水解反应形成羟基，之后再与上述三维网状结构分子链上的部分羟基发生缩合反应，使偶联剂与三维网状结构的分子链以共价键相连接；