一种高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法及其制备的纳米纤维与纺丝装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法及其制备的纳米纤维与纺丝装置，涉及高分子材料技术领域。包括以下步骤：(1)两种原液分别装在两台恒流供液装置中，同时挤出；(2)两种原液分别通过输液管道被输送至三口导液管中，于漏液管上的孔洞进行接触反应；(3)充分混合反应后的两种原液通过过滤漏斗的过滤混合，得到聚合物原液；(4)经由过滤圆片的过滤，进入静电纺丝阶段，形成纳米纤维。有益效果：本发明专利技术将纺丝原液的制备与纺丝融为一体，使用封闭式的反应及纺丝体系，不需要使用强酸或有机溶剂进行二次溶解，即可制备出纳米纤维，简化了纺丝的步骤，提高了生产效率，减少了安全隐患。少了安全隐患。少了安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法及其制备的纳米纤维与纺丝装置


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法及其制备的纳米纤维与纺丝装置。

技术介绍

[0002]伴随着人类面临的资源、能源和环境问题的日益突出，半个世纪以来，高分子材料越来越成为人类生存和生活必不可少的部分。高分子材料通常是由脂肪族和芳香族的C
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C共价键作为主链结构的高分子构成的化合物为主要成分构成的，也称为有机高分子材料。伴随着科技的发展以及人们对材料性能的要求，大家对有机高分子材料认识已经从早期的天然有机产物，如：棉、毛、丝、麻、木材、天然橡胶、动物皮革等，转变成为除天然大分子外，还包括各种合成高分子，诸如聚酯、聚醚、聚氨酯、聚酰胺、聚砜、聚碳酸脂及其复合材料等。
[0003]而在这些合成高分子中，又以间位芳纶、对位芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维为当前研究开发的重点工作。以间位芳纶为例，其作为一种十分重要的芳香族聚酰胺，具有十分突出的热稳定性、电绝缘性、阻燃性、耐化学腐蚀性和机械性能，在结构材料、耐高温过滤材料、电绝缘材料和功能性防护服等领域具有广阔的应用前景。
[0004]对位芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维也具有不低于间位芳纶的应用价值及应用前景，但当前，无论是间位芳纶还是其他高性能纤维，一方面十分受其聚合工艺的限制，如二步法中需要使用发烟硫酸作为溶剂，对芳纶进行溶解再进行纺丝，而一步法制备间位芳纶从产量、到质量也都深受聚合条件(聚合单体易氧化，制备量较大时聚合温度难以控制)苛刻等的影响，这也是目前国内上述高性能纤维产能低下，几乎完全被国外企业垄断的原因；另外一方面，目前虽关于静电纺丝技术制备相关高性能的高分子材料纳米纤维的文献已有发表，但是这些研究大多都是使用二步法先将单体进行聚合，而后再使用浓硫酸，80
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90℃度进行溶解，配置成相应浓度的纺丝溶液进行纺丝，如Srinivasan等[Srinivasan G,Reneker D H.Structure and morphology of small diameter electrospun aramidPolymer International,1995,36(2):195
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201.]将传统的静电纺丝设备进行改进，将电极改装成凝固浴槽。纺丝时，将PPTA硫酸液高压喷射到带静电的凝固浴中固化得到纳米或亚微米直径的纤维，示意图如图5所示。这种方法一方面操作繁琐复杂，另一方面浓硫酸加热溶解也让制备条件十分危险，没有实现绿色高效的理念。
[0005]申请公布号为CN112195524A的中国专利申请文献，公开了一种纳米纤维的纺丝装置及纺丝方法，纳米纤维的纺丝装置用于碳纳米管纤维的拉丝与并丝工艺，包括固定机构，固定机构上包括多个纱盘，纱盘用于放置生长有碳纳米管阵列的基底；拉丝机构，拉丝机构连接固定机构，拉丝机构用于从生长有碳纳米管阵列的基底中加工形成碳纳米管纤维；导丝机构，导丝机构包括多级导丝组件，多级导丝组件设置在固定机构上并相对纱盘由近至远依次设置，碳纳米管纤维依次通过导丝组件并逐级汇聚，直至多根碳纳米管纤维合并成一束。该申请所提供的纺丝装置，省去了先单根纤维卷绕再退绕
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并丝工序，将若干个阵列
纺丝的单根纤维直接合并成一束之后，再卷绕在筒子上，减少了纤维损耗，并且节约了生产时间与成本。但该专利同样存在纺丝步骤繁琐复杂等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中制备高分子材料纺丝步骤繁琐复杂，存在安全隐患的问题。
[0007]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0008]一种高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法，包括以下步骤：
[0009](1)将纺丝单体原液A、纺丝单体原液B分别装在第一恒流供液装置、第二恒流供液装置中，同时挤出，所述纺丝单体原液A为二胺类化合物；所述纺丝单体原液B为酰氯类化合物；
[0010](2)步骤(1)挤出的两种原液分别通过输液管输送至三口导液管中，于漏液管上的孔洞进行接触反应；
[0011](3)步骤(2)的反应产物经由过滤漏斗的过滤后，得到聚合物原液；
[0012](4)步骤(3)的聚合物原液经由过滤圆片的过滤后，用高压静电装置进行静电纺丝，获得纳米纤维。
[0013]有益效果：本专利技术将纺丝原液的制备与纺丝融为一体，采用加热装置可以促进纺丝的进行，使用封闭式的反应及纺丝体系，不需要使用强酸或有机溶剂进行二次溶解，即可制备出纳米纤维，简化了纺丝的步骤，提高了生产效率，减少了安全隐患。
[0014]优选的，所述步骤(1)中二胺类化合物为间苯二胺或对苯二胺；所述步骤(1)中酰氯类化合物为间苯二甲酰氯或对苯二甲酰氯。
[0015]优选的，所述间苯二胺的浓度为0.1～2mol/L；所述对苯二胺的浓度为0.1～1.1mol/L。
[0016]优选的，所述间苯二甲酰氯的浓度为0.1～2mol/L；所述对苯二甲酰氯浓度为0.1～1.1mol/L。
[0017]优选的，所述纺丝单体原液A中还包括氯化锂，所述氯化锂与二胺类化合物的摩尔比为1.5～1.7：1。
[0018]优选的，所述氯化锂浓度为0.1～2mol/L。
[0019]有益效果：氯化锂的主要作用为作为对位芳纶高分子在二甲基乙酰胺(DMAC)中的助溶剂，可以减少其在聚合过程中因不宜溶于该体系而产生的阻力，从而促进聚合的进行。
[0020]优选的，配制上述所有浓度的化合物所采用的溶剂均为N
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甲基吡咯烷酮。
[0021]优选的，所述N
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甲基吡咯烷酮的纯度为99.0％
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99.9％。
[0022]优选的，所述N
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甲基吡咯烷酮的纯度为99.5％
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99.9％。
[0023]优选的，所述步骤(1)中第一恒流供液装置、第二恒流供液装置的供液速度范围均为0.1～1mL/h。
[0024]优选的，所述步骤(1)中第一恒流供液装置与第二恒流供液装置的流速比为1：0.1～0.1：1。
[0025]优选的，所述步骤(2)中反应的温度为
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10～80℃。
[0026]优选的，所述步骤(2)中反应的时间为3
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10min。
[0027]优选的，所述步骤(4)中高压静电装置的电压为15
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40kV。
[0028]本专利技术还提供一种采用上述纺丝方法制备的纳米纤维。
[0029]本专利技术还提供一种用于制备上述纳米纤维所用到的纺丝装置，包括第一恒流供液装置、第二恒流供液装置、输液管、三口导液管、漏液管、过滤漏斗、过滤隔片、高压静电装置和接受装置；所述第一恒流供液装置、第二恒流供液装置均通过输液管与三口导液管相连接；所述过滤漏斗、过滤隔片均设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纺丝单体原液A、纺丝单体原液B分别装在第一恒流供液装置、第二恒流供液装置中，同时挤出，所述纺丝单体原液A为二胺类化合物；所述纺丝单体原液B为酰氯类化合物；(2)步骤(1)挤出的两种原液分别通过输液管输送至三口导液管中，于漏液管上的孔洞进行接触反应；(3)步骤(2)的反应产物经由过滤漏斗的过滤后，得到聚合物原液；(4)步骤(3)的聚合物原液经由过滤圆片的过滤后，用高压静电装置进行静电纺丝，获得纳米纤维。2.根据权利要求1所述的高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法，其特征在于，所述步骤(1)中二胺类化合物为间苯二胺或对苯二胺；所述步骤(1)中酰氯类化合物为间苯二甲酰氯或对苯二甲酰氯。3.根据权利要求2所述的高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法，其特征在于，所述间苯二胺的浓度为0.1～2mol/L；所述对苯二胺的浓度为0.1～1.1mol/L；所述间苯二甲酰氯的浓度为0.1～2mol/L；所述对苯二甲酰氯浓度为0.1～1.1mol/L。4.根据权利要求3所述的高效制备功能高分子材料纳米纤维的纺丝方法，其特征在于，所述步骤(1)中第一恒流供液装置、第二恒流供液装置的供液速度范围均为0.1～1mL/h。5.根据权利要求4所述的高效制备功能高分子材料纳米纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：方月，王超，杨东，周冠辰，徐辉，
申请(专利权)人：安徽元琛环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：