颗粒涂覆的纤维及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种颗粒涂覆的纤维，该颗粒涂覆的纤维包括纤维以及涂覆在纤维上的颗粒，并提供形成该颗粒涂覆的纤维的方法。该方法包括：提供包含所述颗粒的悬浮液；提供用于形成所述纤维的聚合物溶液；向收集器的一区域电喷所述悬浮液；以及在所述悬浮液的电喷过程中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维，并将所述纤维引向所述区域以便在所述区域上和在通往所述区域的途中与所述悬浮液相遇，从而在所述纤维形成过程中和之后将所述颗粒涂覆在所述纤维上，从而在所述区域上形成所述颗粒涂覆的纤维。通过本方法，颗粒可以挤满在纤维的表面上，并且可以大幅提高纤维与颗粒之间的粘合性。并且可以大幅提高纤维与颗粒之间的粘合性。并且可以大幅提高纤维与颗粒之间的粘合性。

【技术实现步骤摘要】
颗粒涂覆的纤维及其形成方法


[0001]本公开涉及一种颗粒涂覆的纤维及其形成方法。

技术介绍

[0002]一些微粒(特别是无机微粒)通常用于去除不良或有害气体。然而，当实际应用时，发现这些无机微粒有以下几个限制。
[0003]第一个限制是可扩展性差。金属和金属氧化物是催化应用(例如气体转换)的理想候选材料。但是，将金属/金属氧化物加入到基于有机聚合物的纳米纤维中是具有挑战性的，尤其是当涉及到大规模生产时。这些挑战可能是由于其前体(例如金属盐或金属烷氧基化物)的相容性、稳定性和溶解性，而金属盐或金属烷氧基化物总是被用作后续加工的原料。到目前为止，几乎所有的无机纳米纤维都是由其前体烧结操纵的。在烧结过程中，前体纤维通常要经历三个阶段。在第一阶段，残留的溶剂和水蒸气被从纤维中去除。在第二阶段，有机材料被去除，并发生实际的纤维收缩，然后是无机材料的聚合、缩合和结构松弛。在第三阶段，无机材料进入玻璃化转变阶段。通常情况下，电纺无机纳米纤维的烧结是一个非常缓慢的过程，这限制了工业应用中的扩大潜力。
[0004]第二个限制是机械性能差。在实际应用中，无机微粒通常采用无机金属氧化物纤维的形式以便于更好地处理。然而，这些无机金属氧化物纤维通常是通过金属有机前体或金属盐的缩合而产生的，该缩合属于水解和非水解溶胶
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凝胶化学。溶胶
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凝胶聚合后，无机纤维的高孔隙率会引起弹性模量和韧性的降低。另一种制造无机纤维的方法是电纺。利用电纺和随后的煅烧过程，已经开发出了各种无机纳米纤维膜。但是，必须注意到，由于聚合物模板的去除，烧结过程总是导致纤维的收缩。由于其较薄的截面和收缩产生的内应力，大多数无机纳米纤维样品非常脆，并且没有观察到预期的灵活性。它们的脆性限制了它们的实际应用。
[0005]第三个限制是微粒的低暴露度。电纺无机微/纳米颗粒和有机聚合物溶液的混合物是制造无机/有机混合纳米纤维的最简单方法。当有机聚合物溶液被拉伸成纳米纤维射流时，功能性无机颗粒也会被一起注入。然而，由于无机颗粒的溶解性、分散性和稳定性较差，这种多组分纳米纤维受到了阻碍。之前有令人信服的证据表明，在多组分纳米纤维的合成过程中，无机颗粒的不可纺丝沉淀物严重阻碍了最终杂交产品的反应性。在电纺过程中，很难控制颗粒的位置。在大多数情况下，很大一部分颗粒往往隐藏在纳米纤维内部，而只有一小部分作为可工作的颗粒在纳米纤维的表面。这些颗粒只有在暴露于目标物(如VOCs)时才会发挥作用。因此，简单地将多种组分(例如有机和无机部分)混合在一起不一定能满足理想的多种功能要求。这样的复杂性既需要策略性的结构设计，也需要慎重的制造方法。
[0006]大多数纳米纤维膜是通过有机聚合物的电纺来制造的。有机纳米纤维的功能仅限于通过尺寸去除物质。例如，它已被用作过滤空气的膜过滤器。在这一应用中，利用纳米纤维的高多孔性、小孔径、高表面体积比的优点，在用于去除粉尘、PM2.5等微小颗粒物的同时，允许所有气体通过。这主要依靠纳米纤维的尺寸排斥性。然而，这仍然不能去除任何不
良气体(例如乙烯和VOCs)，因为它们太小，无法被纳米纤维上的孔隙捕获。
[0007]控制气态化合物的方法有多种，包括吸附和化学转化。然而，对于任何去除气态化合物的方法，使用无机材料是不可避免的。
[0008]因此，存在着对一种新的颗粒涂覆的纤维及其形成方法的需求，其消除或至少减少了上述的缺点和问题。

技术实现思路

[0009]本文中提供了一种用于形成颗粒涂覆的纤维的方法，该颗粒涂覆的纤维包括纤维和涂覆在所述纤维上的颗粒，该方法包括：提供包含所述颗粒的悬浮液；提供用于形成所述纤维的聚合物溶液；向收集器的一区域电喷所述悬浮液；以及在所述悬浮液的电喷过程中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维，并将所述纤维引向所述区域以便在所述区域上和在通往所述区域的途中与所述悬浮液相遇，从而在所述纤维形成过程中和之后将所述颗粒涂覆在所述纤维上，从而在所述区域上形成所述颗粒涂覆的纤维。
[0010]在某些实施例中，向所述区域电喷所述悬浮液的步骤包括相对于从用于容纳所述聚合物溶液的容器到所述区域的方向成在50
°
至70
°
之间的角度的喷射方向。
[0011]在某些实施例中，向所述区域电喷所述悬浮液的步骤包括使用一个或多个喷射装置向所述区域电喷所述悬浮液。
[0012]在某些实施例中，所述一个或多个喷雾装置中的每一者均配置成相对于从用于容纳所述聚合物溶液的容器到所述区域的方向成在50
°
至70
°
之间的角度的喷射方向。
[0013]在某些实施例中，向所述区域电喷所述悬浮液的步骤包括在容纳有所述悬浮液的喷射装置和所述区域之间施加电压。
[0014]在某些实施例中，所述聚合物溶液通过自由表面电纺或针型电纺来电纺成纤维。
[0015]在某些实施例中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维的步骤包括：旋转部分浸入所述聚合物溶液中的滚筒；以及在所述滚筒和所述区域之间施加电压。
[0016]在某些实施例中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维并将所述纤维引向所述区域的步骤包括：在所述聚合物溶液和所述区域之间施加电压。
[0017]在某些实施例中，所述的方法还包括：在容纳所述聚合物溶液的容器与所述区域之间产生气流。
[0018]在某些实施例中，所述气流具有与所述区域平行的气流方向。
[0019]在某些实施例中，所述气流沿着所述气流方向来回移动。
[0020]在某些实施例中，所述的方法还包括移动所述收集器。
[0021]在某些实施例中，所述收集器由放卷/复卷系统移动。
[0022]在某些实施例中，所述收集器是铝箔、抗静电无纺布或硅化纸。
[0023]在某些实施例中，提供所述悬浮液的步骤包括将所述颗粒分散在溶剂中。
[0024]在某些实施例中，每个所述颗粒均是无机的，其直径在1μm至100μm之间，并包括气体吸收剂或催化剂。
[0025]在某些实施例中，所述聚合物溶液是通过将聚合物或聚合物的混合物溶解在溶剂或溶剂的混合物中制备的。
[0026]在某些实施例中，所述聚合物溶液包括聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
共六
氟丙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚砜、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯或聚酰胺6。
[0027]本文中提供了一种由以上方法形成的颗粒涂覆的纤维。
[0028]本文中提供了一种用于形成颗粒涂覆的纤维的支架的方法，每个颗粒涂覆的纤维包括纤维和涂覆在纤维上的颗粒，该方法包括：提供包含所述颗粒的悬浮液；提供用于形成所述纤维的聚合物溶液；向收集器的一区域电喷所述悬浮液；以及在所述悬浮液的电喷过程中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维，并将所述纤维引向所述区域以便在所述区域上和在通往所述区域的途中与所述悬浮液相遇，从而在所述纤维形成过程中和之后将所述颗粒涂覆在所述纤维上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成颗粒涂覆的纤维的方法，该颗粒涂覆的纤维包括纤维和涂覆在所述纤维上的颗粒，该方法包括：提供包含所述颗粒的悬浮液；提供用于形成所述纤维的聚合物溶液；向收集器的一区域电喷所述悬浮液；以及在所述悬浮液的电喷过程中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维，并将所述纤维引向所述区域以便在所述区域上和在通往所述区域的途中与所述悬浮液相遇，从而在所述纤维形成过程中和之后将所述颗粒涂覆在所述纤维上，从而在所述区域上形成所述颗粒涂覆的纤维。2.根据权利要求1的方法，其中，向所述区域电喷所述悬浮液的步骤包括相对于从用于容纳所述聚合物溶液的容器到所述区域的方向成在50
°
至70
°
之间的角度的喷射方向。3.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述区域电喷所述悬浮液的步骤包括使用一个或多个喷射装置向所述区域电喷所述悬浮液。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述一个或多个喷雾装置中的每一者均配置成具有相对于从用于容纳所述聚合物溶液的容器到所述区域的方向成在50
°
至70
°
之间的角度的喷射方向。5.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述区域电喷所述悬浮液的步骤包括在容纳有所述悬浮液的喷射装置和所述区域之间施加电压。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物溶液通过自由表面电纺或针型电纺来电纺成所述纤维。7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维的步骤包括：旋转部分浸入所述聚合物溶液中的滚筒；以及在所述滚筒和所述区域之间施加电压。8.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述聚合物溶液电纺成所述纤维并将所述纤维引向所述区域的步骤包括：在所述聚合物溶液和所述区域之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐滈宏，刁华佳，叶俊贤，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：