[发明专利]一种表面褶皱多孔的复合纳米纤维薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面褶皱多孔的复合纳米纤维薄膜及其制备方法，首先选用二胺和二酐进行低温缩聚反应，溶剂置换冷冻干燥后得到聚酰胺酸粉末；然后混合聚酰胺酸与聚丙烯腈粉末，制备均匀的混合溶液；继而进行静电纺丝过程，得到均匀的复合纤维；最后在经高温后处理，制备得到白色的纳米纤维薄膜膜材料，解决了制备表面褶皱多孔纳米纤维薄膜工艺困难的方式，另外，制备得到的纳米纤维薄膜在气体过滤、催化等方面具有潜在应用。经本发明方法制备得到的复合纳米纤维薄膜不含有机溶剂，稳定性优良，且具有一定的透明性。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺纳米纤维薄膜制备技术领域，特别涉及一种表面褶皱多孔的复合纳米纤维薄膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(Polyimide，PI)是指主链上含有酰亚胺环(～CO～N～CO～)结构，同时又具有高密度芳杂环结构的一类高分子，其芳环中的碳氧双键与芳杂环相连产生共轭效应，分子间电荷转移络合物而产生有序的分子间堆叠，因此主链的键能很大，因而分子间作用力也很大，这些分子结构特性赋予了PI纤维许多优异的性能，例如高强高模、耐腐蚀、抗辐射、阻燃、优良的热稳定性、低介电常数等，是迄今为止耐热等级最高的高分子材料。聚酰亚胺作为综合性能最佳的有机高分子聚合物之一，已经在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜和激光等许多领域得到广泛应用。

静电纺丝是一种制备纳米纤维薄膜的简单易行的办法。在静电纺丝的过程中，在表面张力作用下，液体从喷丝器中挤出产生垂滴。带电后，表面电荷之间的静电排斥力使液滴变形为泰勒锥，并从中喷射出带电射流。由于弯曲的不稳定性，射流最初沿直线扩展，然后经历剧烈的摇摆运动。当射流被拉伸成更细的直径时，会迅速凝固，导致固体纤维的沉积在接收板上。研究表明，电纺纳米纤维薄膜膜具有高孔隙度、良好的互联性、微米级的间隙和较大的比表面积，使其成为空气净化的优良材料。

自2000年起，微纳米多孔材料因具有独特的物理和化学性质而备受关注，其具有超高比表面积和长径比及轻质的优点，在过滤分离领域具有巨大的潜在应用价值。而现阶段静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维薄膜表面光滑，没有杂质作用位点，极大的限制了其在过滤分离领域的应用。

发明内容

为了解决现有技术中静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维薄膜没有杂质作用位点的问题，本发明提供了一种表面褶皱多孔的复合纳米纤维薄膜及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种表面褶皱多孔的复合纳米纤维薄膜的制备方法，包括如下步骤：

首先选用二胺和二酐进行缩聚反应，再进行溶剂置换冷冻干燥后得到聚酰胺酸粉末；

然后混合聚酰胺酸与聚丙烯腈粉末，加入溶剂制备均匀的混合溶液；

继而进行静电纺丝过程，得到均匀的复合纤维薄膜；

最后复合纤维薄膜在经高温后处理，制备得到白色的纳米纤维薄膜膜材料。

作为本发明的进一步改进，所述缩聚反应的条件为0～8℃环境下进行20～30h。

作为本发明的进一步改进，所述溶剂置换是在真空干燥箱中进行脱气2-8h，冷冻干燥时间为24-48h。

作为本发明的进一步改进，所述二酐和二胺分别为均苯四甲酸二酐和4,4’～二氨基二苯醚，其中均苯四甲酸二酐和4,4’～二氨基二苯醚的摩尔比为(1.05～1.25)：(0.85～1.05)。

作为本发明的进一步改进，所述混合溶液是将聚酰胺酸粉末与聚丙烯腈粉末加入N,N’～二甲基甲酰胺中，超声分散后，室温下搅拌得到，聚酰胺酸与聚丙烯腈的摩尔比为(4～6)：(2～8)。

作为本发明的进一步改进，所述混合溶液的浓度为2.5～15％，溶液粘度为10～30Pa·s。