本发明专利技术提出一种具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法，属于功能性微纳米复合纤维材料领域。该复合纤维膜由两层结构组成，亲水层为由聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚丙烯酸酯等亲水性聚合物组成的纳米级纤维膜，纤维直径为100~800nm，厚度为25μm~35μm，疏水层为由聚氨酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯等疏水性聚合物组成的微米级纤维膜，厚度为5μm~10μm，纤维直径为1.0~3.0μm。该复合纤维膜能够通过调节工艺参数来控制，具有亲水/疏水差异，具有优良的单向透水性能，其制备方法简单、能耗低、效率高，广泛用于排汗防水衣料、燃料电池电解质膜及单向液体传输和分离等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能性微纳米复合纤维材料领域，具体涉及ー种具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法
技术介绍
液体的单向输运在众多生理和物理过程中必不可少，例如生物体排汗、细胞膜的液体传输、海水脱盐、燃料电池内部电解质膜两侧液体定向流动等。近年来，液体单向输运受到越来越广泛的关注和研究。利用材料表面浸润性差异，在无需外场(如力、热、光、电场)作用的状态下实现液体定向传输不但在液体自传输领域具有重要作用而且在研究如生物分子相互作用和细胞运动、微流体、污水处理等领域具有应用价值。目前，对于单向透过膜的制备和研究相对较少，而设计和采用简单易行、能耗低、能规模制备的单向液体输运膜在实际应用和科学研究中具有重要意义。静电纺丝技术简称电纺，是利用高压电场的作用来实现纺丝溶液的喷射，即将聚合物溶液或熔体置于高压静电场中，带电的聚合物液滴在电场库仑力作用下被拉伸。当电场力足够大时，聚合物溶液或熔体克服表面张カ的作用形成喷射状细流。细流在喷射过程中随着溶剂挥发而固化，落于负极收集板上，形成无纺布状的微米、纳米级纤维膜。由于静电纺丝技术简单、有效、实用，已被普遍利用于制备微米、纳米纤维，材料涉及聚合物、无机氧化物、金属以及有机/无机杂化材料等。通过电纺技术所制得的纤维膜具有较大的比表面积和孔隙率，且能实现大规模エ业化生产。2010年，Ho Sum Lim等利用静电纺丝和热处理相结合的方法制备了具有亲疏水差异的聚丙烯腈纤维膜，但其未能实现单向透水性能(Langmuir, 2010, 26，19159)。2010年，Lin Tong小组将聚こ烯织物在含ニ氧化钛溶胶中浸溃，利用紫外光照射织物膜使膜ー侧呈疏水态另ー侧呈亲水态，实现了水滴的单向透过性能(J Mater. Chem.，2010，20，7938)，这种方法所制备的织物膜虽然成功实现了单向透过性能，但在实际应用中其稳定性有待进一步提尚。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出ー种通过静电纺丝技术制备具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法，该复合纤维膜其纤维直径处于纳米、微米级，能够通过调节エ艺參数来控制，且该复合纤维膜具有亲水/疏水差异，具有优良的单向透水性能，其制备方法简单、能耗低、效率高。本专利技术的复合纤维膜广泛用于排汗防水衣料、燃料电池电解质膜及单向液体传输和分离等领域。本专利技术提出ー种具有单向透水性能的复合纤维膜，该纤维膜由紧密结合无缝连接的具有亲疏水差异的两层结构组成，亲水层为由聚合物A组成的纳米级纤维膜，纤维膜由无规排列的纳米级纤维交错构成；该纤维膜疏水层为由聚合物B组成的微米级纤维膜，纤维膜由无规排列的微米级纤维交错构成；所述聚合物A为聚こ烯醇、醋酸纤维素、聚丙烯酸酷；聚合物B为聚氨酷、聚苯こ烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酷。所述的聚合物A组成的纳米级纤维膜的厚度为25 μ πΓ35 μ m,由聚合物B组成的微米级纤维膜的厚度为5 μ πΓ Ο μ m。所述的聚合物A组成的纳米级纤维膜聚合物A组成的纳米级纤维膜中聚合物A的纤维直径为10(T800nm ；由聚合物B组成的微米级纤维膜中聚合物B的纤维直径为I. (Γ3. Oym0所述的复合纤维膜具有亲水、疏水性能，水滴从复合纤维膜疏水层ー侧向亲水层一侧透过，从亲水ー侧向疏水ー侧不透过的性能。本专利技术提出ー种具有单向透水性能的复合纤维膜的制备方法，采用静电纺丝技术，具体包括以下几个步骤步骤一、纺丝溶液的制备将分析纯的聚合物A在20 25°C室温环境中溶解于溶剂A中，充分搅拌至聚合物A完全溶解，得到聚合物A的电纺溶液，所得溶液含聚合物A的质量为1(Γ30% ;将分析纯的聚合物B在20 25°C室温环境中溶解于溶剂B中，充分搅拌至聚合物完全溶解，得到聚合物B的电纺溶液，所得溶液含聚合物B的质量分数为1(Γ35% ；所述聚合物A为具有亲水性质的聚合物，如聚こ烯醇、醋酸纤维素或聚丙烯酸酯 等；聚合物B为具有疏水性质的聚合物，如聚氨酯、聚苯こ烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酷等。所述的溶剂A为水、分析纯的丙酮或无水こ醇中的ー种；溶解聚合物B的溶剂为分析纯的N，N-ニ甲基甲酰胺、分析纯的四氢呋喃或分析纯的三氯甲烷中的一种溶剂或两种溶剂形成的混合溶剂；当聚合物A选取为聚こ烯醇，在制备聚合物A的聚こ烯醇电纺溶液时，需要先向溶剂A中加入戊ニ醛中(该戊ニ醛溶液没有质量分数的限制)，然后再将聚こ烯醇溶解于戊ニ醛和溶液A的混合溶液中，戊ニ醛的添加比例满足由聚こ烯醇制备的聚合物A的电纺溶液中戊ニ醛与聚こ烯醇的质量比(w w)满足I : 3 1 2。步骤ニ、将聚合物A的电纺溶液置于静电纺丝设备的注射器中，在注射器的金属喷丝头与接收基底之间施加高压静电场，高压静电场电压为1(T35KV，金属喷丝头的直径为O. 4mnTl. 6mm,接收基底为平面面积为5cmX 5cm、400 20目钢丝网。调整金属喷丝头与接收基底之间的距离为l(T30cm，施加的高压静电场使聚合物A的电纺溶液在静电作用下产生射流，在接收基底上得到无规排列的由聚合物A组成的纳米级纤维膜，纤维膜A厚度为25 μ πΓ35 μ m,该纤维膜均匀覆盖于接收基底上；步骤三、将聚合物B的电纺溶液置于静电纺丝设备中另一清洁注射器中，将步骤ニ中电纺得到的由聚合物A组成的纳米级纤维膜作为接收基底，金属喷丝头的直径为O. 6mm I. 6mm。在注射器金属喷丝头与接收基底之间施加高压静电场，高压静电场的电压为1(T25KV，调整喷丝头与接收基底之间的距离为l(T25cm，形成的由聚合物B组成的微米级纤维膜均匀覆盖于由聚合物A组成的纳米级纤维膜构成接收基底表面，最終在由聚合物A组成的纳米级纤维膜的基底上形成无规排列的由聚合物B的微米级纤维膜，该纤维膜的厚度为 I. 0^3. Oym0当聚合物A选择聚こ烯醇制备复合纤维膜时，在步骤三完成后还需要进行ー个附加步骤，即将步骤三中制备得到的由聚合物A和聚合物B组成的两层纤维膜置于气氛浓度为O. 05mol/CnT0. 10mol/cm3 (气氛压カ无要求)的盐酸蒸气中进行化学交联处理，使由聚合物A组成的纳米级纤维膜中的聚こ烯醇与戊ニ醛进行化学交联，处理5-10min后取出，得到最終的复合纤维膜。本专利技术具有的优点在于I、本专利技术提出ー种通过静电纺丝技术制备具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法，该复合纤维膜采用造价低廉、操作简单、能耗低、制备效率高的静电纺丝技术制备并能实现单向透水的纳米/微米级复合电纺纤维膜。2、本专利技术提出ー种通过静电纺丝技术制备具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法，该复合纤维膜用于服装衣服中，由于该复合膜具有单向透水的功能，即能使水由疏水一侧向亲水一侧透过，而由亲水ー侧像疏水ー侧不透过，作为衣物服装布料具有排汗防水的作用。3、本专利技术提出ー种通过静电纺丝技术制备具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法，由于该复合纤维膜具有较好的弾性和生物相容性，纤维之间孔径在微米级别，使之具有良好的透气性能和较大的比表面积，在分离材料等领域具有潜在的应用前景。 附图说明图I :本专利技术所采用的静电纺丝装置示意图；图2 :本专利技术实施例I的亲水材料C-PVA电纺纤维扫描电镜照片；(本照片及以下扫描电镜照片均由日本电子公司型号为FE-SEM-6本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2012.05.07 CN 201210139041.X1.ー种具有单向透水性能的复合纤维膜，其特征在于该纤维膜由紧密结合无缝连接的具有亲疏水差异的两层结构组成，亲水层为由亲水性聚合物A组成的纳米级纤维膜，纤维膜由无规排列的纳米级纤维交错构成；该纤维膜疏水层为由疏水性聚合物B组成的微米级纤维膜，纤维膜由无规排列的微米级纤维交错构成；所述聚合物A为聚こ烯醇、醋酸纤维素或聚丙烯酸酷；聚合物B为聚氨酷、聚苯こ烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酷。2.根据权利要求I所述的ー种具有单向透水性能的复合纤维膜，其特征在于所述的聚合物A组成的纳米级纤维膜的厚度为25 μ πΓ35 μ m,由聚合物B组成的微米级纤维膜的厚度为5 μ m 10 μ m。3.根据权利要求I所述的ー种具有单向透水性能的复合纤维膜，其特征在于所述的聚合物A组成的纳米级纤维膜聚合物A组成的纳米级纤维膜中聚合物A的纤维直径为10(T800nm ；由聚合物B组成的微米级纤维膜中聚合物B的纤维直径为I. (Γ3. Oym04.根据权利要求I所述的ー种具有单向透水性能的复合纤维膜，其特征在于所述的复合纤维膜具有亲水、疏水性能，水滴从复合纤维膜疏水层ー侧向亲水层一侧透过，从亲水ー侧向疏水ー侧不透过的性能。5.ー种具有单向透水性能的复合纤维膜的制备方法，其特征在于采用静电纺丝技术，具体包括以下几个步骤 步骤一、纺丝溶液的制备将分析纯的聚合物A在20 25°C室温环境中溶解于溶剂A中，充分搅拌至聚合物A完全溶解，得到聚合物A的电纺溶液，所得溶液含聚合物A的质量为1(Γ30% ;将分析纯的聚合物B在20 25°C室温环境中溶解于溶剂B中，充分搅拌至聚合物完全溶解，得到聚合物B的电纺溶液，所得溶液含聚合物B的质量分数为1(Γ35% ； 所述聚合物A为聚こ烯醇、醋酸纤维素或聚丙烯酸酯；聚合物B为聚氨酷、聚苯こ烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酷； 所述的溶剂A为水、分析纯丙酮或无水こ醇；溶解聚合物B的溶剂为分析纯的N，N- ニ甲基甲酰胺、分析纯的四氢呋喃或分析纯的三氯甲烷中的ー种溶剂或两种溶剂形成的混合溶剂； 当聚合物A选取为聚こ烯醇，在制备聚合物A的聚こ烯醇电纺溶液时，需要先向溶剂A中加入戊ニ醛，然后再将聚こ烯醇溶解于戊ニ醛和溶液A的混合溶液中，戊ニ醛的添加比例满足由聚こ烯醇制备的聚合物A的电纺溶液中戊ニ醛与聚こ烯醇的质量比满足I :...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴晶，王女，赵勇，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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