一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维及其制备方法和应用，所述纤维含有的微纳米孔为圆柱形，所述微纳米孔的平均孔径在10-5000纳米，优选50-3000纳米，纤维中的孔连通或不连通。所述制备方法的原料来源丰富，简便高效，成本低，性能优越，具有很好地实用性，同时也便于工业化生产。所制备的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维具有孔径大小可调，孔径分布均匀，孔隙度高，质量稳定等特点。所述纤维在保温隔热，吸音减震，水处理等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种多孔纤维，具体的涉及一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
聚烯烃性能优异、价格低廉，在日常生活、工业、农业等领域有着广泛的应用，是世界上最大宗的合成树脂品种。近年来，含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的制备技术得到了飞速发展，已经开发出多种能够在聚合物基体中产生微小孔洞的成型工艺和方法，如相分离法、拉伸法、核径迹法、烧结法、热分解法、悬浮聚合法、大分子结构模板法、胶态晶体模板法、微发泡技术等，采用这些方法制备的材料由于其大比表面积的多孔结构，在很多领域具有非常重要的应用价值，包括绝缘隔热材料、包装材料、吸附材料、控制释放材料、水处理、电池隔膜、人体骨髓替代材料、色谱柱材料等方面，成为一类重要的功能性高分子材料。随着科学技术发展的延续，对含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维提出了更高的技术要求，如微纳米孔纤维的功能化、环境友好性、微观孔结构的可控性等，要满足这些要求，必须研究出更具通用性和可变性的制备方法，并开发更多种类的新型多孔聚烯烃纤维。就目前来看，能制备含有微纳米孔的多孔聚烯烃材料的方法有自由基聚合法、相分离法、拉伸法、微发泡法等。其中，自由基聚合法如悬浮聚合法，一般只得到颗粒状产物，即所谓的多孔微球，难以获得整体连续的块状或长纤维多孔聚合物材料；相分离法、拉伸法等是通过物理手段将现有的聚合物制成多孔薄膜或多孔纤维等，其对设备要求较高；而利用微发泡技术虽然能得到多孔材料，但是需要依赖于特殊的物理过程(如超临界二氧化碳气化过程)，同时较难获得含有微纳米孔的多孔纤维，技术应用面也较窄。总体而言，该领域缺少一种既简便又灵活的方法来制备含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维，现有方法获得的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的结构也有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的技术难题，对含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维结构进行创新设计，提供一种高品质的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维，该多孔纤维具有孔径分布均匀、孔径大小均匀、高孔隙率等特点。同时，还提供一种简便可行的制备所述多孔纤维的方法，该方法对设备的要求不高，十分有利于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维，其中，所述微纳米孔为圆柱形，所述微纳米孔的平均孔径在10-5000纳米。根据本专利技术，所述微纳米孔的平均孔径优选为50-3000纳米，还可以为100-2000纳米。根据本专利技术，所述多孔聚烯烃纤维中的孔连通或不连通。根据本专利技术，所述多孔聚烯烃纤维的孔隙率介于0.1-50％之间，优选5-45％，更优选20-45％。根据本专利技术，所述微纳米孔的长度为孔的平均孔径的1-5000倍，更优选10-1000倍。根据本专利技术，所述聚烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃如环己烯等单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性聚合物。优选有聚乙烯(如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)等)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，及其共聚物如乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)，乙丁共聚物(即乙烯-丁烯共聚物)，丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)等。更优选为聚丙烯(PP)、乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)或丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)。本专利技术进一步提供如下技术方案：一种上述含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)准备原材料，包括聚烯烃和聚乙烯基缩醛；将各个原材料按比例进行共混，经过熔融挤出进行纺丝，制备的纤维在一定温度下进行拉伸，而后定型收卷，得到共混物纤维；(2)步骤(1)所得的共混物纤维在适宜的溶剂中和合适的温度下处理，溶出所述纤维中的聚乙烯基缩醛，形成所述的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维。本专利技术还提供如下技术方案：一种上述含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)准备原材料，包括聚烯烃和聚乙烯基缩醛；将各个原材料按比例进行共混，经过熔喷纺丝，并收集得到共混物纤维；(2)步骤(1)所得的共混物纤维在适宜的溶剂中和合适的温度下处理，溶出所述纤维中的聚乙烯基缩醛，形成所述的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维。根据本专利技术，步骤(1)中，将各个原材料按比例进行共混具体是：将各个原材料按比例在螺杆挤出机中进行熔融共混。根据本专利技术，聚烯烃与聚乙烯基缩醛的共混比例为50:50至99.9:0.1，优选为50:50至90:10，最优选为60:40至80:20。所述比例均为质量比。根据本专利技术，所述的聚烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃如环己烯等单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性聚合物。主要有聚乙烯(如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)等)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，及其共聚物如乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)，乙丁共聚物(即乙烯-丁烯共聚物)，丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)等。更优选为聚丙烯(PP)、乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)或丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)。根据本专利技术，所述的聚乙烯基缩醛，为聚乙烯醇和醛的缩合产物。优选地，所述聚乙烯基缩醛选自聚乙烯醇缩甲醛(PVFO)、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丙醛、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)及其共聚物如聚乙烯醇缩甲乙醛，聚乙烯醇缩乙丙醛，聚乙烯醇缩甲丁醛，聚乙烯醇缩乙丁醛，聚乙烯醇缩丙丁醛等中的一种或多种。优选地，所述聚乙烯基缩醛可为粉末或固体小颗粒状。优选地，所述聚乙烯基缩醛中的缩醛基含量范围为10％-80％，优选为40％-80％。优选地，所述聚乙烯基缩醛的数均分子量为5,000-500,000，优选为10,000-200,000。本专利技术进一步提供如下技术方案：上述含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的应用，其作为保暖、吸音、过滤器件的原材料，或作为制备功能化、智能化材料的载体材料。与现有技术相比，本专利技术产生如下有益效果:1、本专利技术的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维具有高孔隙度、较小孔径且孔径分布和大小均很均匀、低的热收缩性和高的耐溶剂性能，质量稳定。2、本专利技术的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的制备方法工艺简单、制得的产品孔径均匀、质量稳定。附图说明图1实施例1中形成的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的断面结构的扫描电镜图(20000倍时的形貌)图2实施例1中形成的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的断面结构的扫描电镜图(250倍时的形貌)图3实施例1中形成的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的断面结构的扫描电镜图(纤维直径为60μm，倍率为10000)图4实施例1中形成的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的断面结构的扫描电镜图(纤维直径为500μm，倍率为1000)图5实施例1中形成的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的断面结构的扫描电镜图(纤维直径为800μm，倍率为500)具体实施方式本专利技术所要解决的技术问题是针对现有背景技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维，其中，所述微纳米孔为圆柱形，所述微纳米孔的平均孔径在10‑5000纳米。所述微纳米孔的平均孔径优选为50‑3000纳米，还可以为100‑2000纳米。优选的，所述多孔聚烯烃纤维中的孔连通或不连通。优选的，所述多孔聚烯烃纤维的孔隙率介于0.1‑50％之间，更优选5‑45％，还更优选20‑45％。优选的，所述微纳米孔的长度为孔的平均孔径的1‑5000倍，更优选10‑1000倍。优选的，所述的聚烯烃包括乙烯、丙烯、1‑丁烯、1‑戊烯、1‑己烯、1‑辛烯、4‑甲基‑1‑戊烯等α‑烯烃以及某些环烯烃如环己烯等单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性聚合物。优选有聚乙烯(如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)等)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，及其共聚物如乙丙共聚物(即乙烯‑丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯‑丙烯‑丁烯共聚物)，乙丁共聚物(即乙烯‑丁烯共聚物)，丙丁共聚物(即丙烯‑丁烯共聚物)等。更优选为聚丙烯(PP)、乙丙共聚物(即乙烯‑丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯‑丙烯‑丁烯共聚物)或丙丁共聚物(即丙烯‑丁烯共聚物)。...

【技术特征摘要】
1.一种含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维，其中，所述微纳米孔为圆柱形，所述微纳米孔的平均孔径在10-5000纳米。所述微纳米孔的平均孔径优选为50-3000纳米，还可以为100-2000纳米。优选的，所述多孔聚烯烃纤维中的孔连通或不连通。优选的，所述多孔聚烯烃纤维的孔隙率介于0.1-50％之间，更优选5-45％，还更优选20-45％。优选的，所述微纳米孔的长度为孔的平均孔径的1-5000倍，更优选10-1000倍。优选的，所述的聚烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃如环己烯等单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性聚合物。优选有聚乙烯(如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)等)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，及其共聚物如乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)，乙丁共聚物(即乙烯-丁烯共聚物)，丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)等。更优选为聚丙烯(PP)、乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)或丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)。2.权利要求1所述的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)准备原材料，包括聚烯烃和聚乙烯基缩醛；将各个原材料按比例进行共混，经过熔融挤出进行纺丝，制备的纤维在一定温度下进行拉伸，而后定型收卷，得到共混物纤维；(2)步骤(1)所得的共混物纤维在适宜的溶剂中和合适的温度下处理，溶出所述纤维中的聚乙烯基缩醛，形成所述的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维。3.权利要求1所述的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)准备原材料，包括聚烯烃和聚乙烯基缩醛；将各个原材料按比例进行共混，经过熔喷纺丝，并收集得到共混物纤维；(2)步骤(1)所得的共混物纤维在适宜的溶剂中和合适的温度下处理，溶出所述纤维中的聚乙烯基缩醛，形成所述的含有微纳米孔的多孔聚烯烃纤维。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，将各个原材料按比例进行共混具体是：将各个原材料按比例在螺杆挤出机中进行熔融共混。5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，将各个原材料按比例加入螺杆挤出机，在螺杆挤出机中进行充分熔融共混后，经过纺丝组件并从孔径为0.1～2mm的喷丝板中喷出，喷出的熔体细流经吹风冷却得到初生纤维；将上述初生纤维经温度为80～180℃的热风烘箱，进行1～3级拉伸，在温度为60～120℃下进行热定型收卷，得到所述的共混物纤维。优选的，所述共混物纤维的直径范围为1-1000μm，更优选为200-900μm，还更优选为60-800μm。优选的，螺杆各区温度为：进料段70～210℃、压缩段90～230℃和计量段90～230℃；纺丝组件温度90～230℃，喷丝板温度90～250℃，初生丝纺速为10～200m/min。优选的，所述的聚烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃如环己烯等单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性聚合物。优选有聚乙烯(如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)等)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，及其共聚物如乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(即乙烯-丙烯-丁烯共聚物)，乙丁共聚物(即乙烯-丁烯共聚物)，丙丁共聚物(即丙烯-丁烯共聚物)等。更优选为聚丙烯(PP)、乙丙共聚物(即乙烯-丙烯共聚物)，乙丙丁共聚物(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李化毅，黄骏，李倩，郑水蓉，胡友良，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11