CN107675360A - 聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107675360A
CN107675360A CN201710905034.9A CN201710905034A CN107675360A CN 107675360 A CN107675360 A CN 107675360A CN 201710905034 A CN201710905034 A CN 201710905034A CN 107675360 A CN107675360 A CN 107675360A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano fiber
polystyrene
fiber
polystyrene nano
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710905034.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107675360B (zh
Inventor
吴术球
黄文欢
杨佳富
张晓民
王冀
孟繁轲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Entai Environmental Technology (changzhou) Co Ltd
Original Assignee
Entai Environmental Technology (changzhou) Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Entai Environmental Technology (changzhou) Co Ltd filed Critical Entai Environmental Technology (changzhou) Co Ltd
Publication of CN107675360A publication Critical patent/CN107675360A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107675360B publication Critical patent/CN107675360B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/02—Preparation of spinning solutions
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/06—Washing or drying
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/24—Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/44—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/56—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polymers of cyclic compounds with one carbon-to-carbon double bond in the side chain
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4282—Addition polymers
    • D04H1/4291—Olefin series
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

本发明涉及吸油材料技术领域，尤其涉及一种聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法。所述聚苯乙烯纳米纤维为管状结构，所述聚苯乙烯纳米纤维的纤维壁呈多孔状；所述聚苯乙烯纳米纤维的比表面积为10.0m2/g～25m2/g。所述聚苯乙烯纳米纤维聚苯乙烯纳米纤维比表面积高达10.0m2/g及以上，而且吸油率超过100g/g，适用于作为吸油材料，并且可以广泛应用于水处理领域中。

Description

聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸油材料技术领域，尤其涉及一种聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法。
背景技术
近年来，化学工业的持续发展使人类生活发生了巨大的变化。在方便人类日常生活的同时，由于化学工业的发展带来的海上溢油和有机试剂泄露造成的水体污染对生态环境和人体健康造成了严重的危害。据统计，由于含油废水污染导致的水资源污染占整体水资源污染的30％。
因此，开发能够快速高效处理油类污染物的方法成为迫切的需要。在各种方法当中，使用吸油材料具有成本低，制备过程简单，有利于油类回收等特点。传统的吸油材料如黏土、木棉、纸浆、麸皮等，存在吸油率低，油水分离性差等缺点，不能满足环境治理的需要，因此研发新型吸油材料具有重要意义。
近年来，以聚丙烯纤维为代表纤维状聚合物吸油材料因其吸油速率快，油水分离性好等优点，得到了广泛的应用。然而，熔融纺丝获得的聚丙烯纤维直径为几十微米，微米级纤维之间的孔洞也在微米级，对于油类的锚定作用不强，易造成漏油和二次污染。如美国专利US8110525B2披露了用悬浮聚合的方法制备高吸油性聚甲基丙烯酸酯树脂的方法，相应的聚甲基丙烯酸酯纤维的吸油率可以达到7g/g～11g/g。申请号为CN104264373A的中国专利披露了用静电纺丝的方法制备吸油性纳米纤维的方法，吸油率可以达到10g/g～19g/g。申请号为CN101089259A的中国专利披露了用微波辐照的方法制备三维超细纤维吸油网络的方法。这些方法所披露的吸油纤维相对传统材料吸油率有所提高，但是由于纤维的比表面积有限，和纤维之间的粘连，使得吸油率受到限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有吸油纤维存在的比表面积小、纤维与纤维之间容易粘连而且吸油率低等问题，提供一种聚苯乙烯纳米纤维。
同时，本发明还相应的提供所述聚苯乙烯纳米纤维的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种聚苯乙烯纳米纤维，所述聚苯乙烯纳米纤维为管状结构，所述聚苯乙烯纳米纤维的纤维壁呈多孔状；所述聚苯乙烯纳米纤维的比表面积为10.0m2/g～25m2/g。
以及，上述聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，至少包括以下步骤：
将聚苯乙烯溶解于由二甲基甲酰胺和对二甲苯形成的混合溶剂中，得到第一溶液；
将聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种溶解于去离子水中，得到第二溶液；
将所述第一溶液和第二溶液分别吸入具有双喷头的静电纺丝用注射器中，按照所述第一溶液挤出速度为0.3～0.6mL/min、所述第二溶液挤出速度为1.5～2.5mL/min，将所述第一溶液、第二溶液进行纺丝，获得微米级纤维和纳米级聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜；
将所述纤维膜置于去离子水中进行漂洗处理，以去除所述微米级纤维；
将经过所述漂洗处理后的纤维膜进行冷冻干燥。
相对于现有技术而言，本发明提供的聚苯乙烯纳米纤维，由于聚苯乙烯纳米纤维为中空多孔状结构，而且纤维壁也呈多孔状，使得聚苯乙烯纳米纤维具有极大的比表面积，而且吸油率超过100g/g。
本发明提供的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，由于采用二甲基甲酰胺和对二甲苯形成的混合溶剂溶解聚苯乙烯，经静电纺丝和漂洗后，实现相分离，成多孔的聚苯乙烯形结构，而且在特定的二甲基甲酰胺和对二甲苯的混合比例下，形成中空多孔状结构，更重要的是，由于同时采用聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种进行静电纺丝，有效避免了聚苯乙烯纤维之间的粘连，而在冷冻干燥条件下，获得的聚苯乙烯纤维孔隙率达到最大化，确保制备的聚苯乙烯纳米纤维比表面积高达10.0m2/g及以上，而且吸油率超过100g/g。该制备方法原料简单易得，工艺条件简单，纤维孔隙率繁多，且得到的聚苯乙烯纳米纤维吸油率高，适合大规模生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1聚苯乙烯纳米纤维的制备方法制备的聚苯乙烯纳米纤维扫描电镜图；
图2是本发明实施例2聚苯乙烯纳米纤维的制备方法制备的聚苯乙烯纳米纤维扫描电镜图；
图3是本发明实施例3聚苯乙烯纳米纤维的制备方法制备的聚苯乙烯纳米纤维扫描电镜图；
图4是本发明对比例1熔融纺丝方法获得的聚丙烯纤维膜的扫描电镜图；
图5是本发明实施例双喷头静电纺丝示意图；
其中，1-第一溶液；2-第二溶液；3-接收板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种聚苯乙烯纳米纤维，所述聚苯乙烯纳米纤维为管状结构，所述聚苯乙烯纳米纤维的纤维壁呈多孔状；所述聚苯乙烯纳米纤维的比表面积为10.0m2/g～25m2/g。
其中，在任何一个实施例中，在聚苯乙烯纳米纤维都是管状结构，在管状结构的内部，具体表现为呈现镂空状，也就是横切纤维，可以看到纤维内部不是实心而是有相连的孔洞，纵切纤维，可以看到纤维内部同样不是实心而是或断开或相连的孔，纤维壁同样是或断开或相连状。这样的聚苯乙烯纳米纤维，表现出极高的比表面积。或者说所述聚苯乙烯纳米纤维的管状结构为中空管状结构或者所述聚苯乙烯的管状结构的管道中间形成无定型的网络结构，并且，管状结构的管壁也呈多孔状。这使得聚苯乙烯纳米纤维表现出巨大的比表面积。
在一优选实施例中，所述聚苯乙烯的重均分子量为1×106～2×106。
优选地，所述聚苯乙烯纳米纤维的直径为200nm～500nm。在本发明中，较小的纤维直径可以提供较大的比表面积，提高纤维的吸油能力。而另一方面，纤维直径过细会导致力学性能下降，降低吸油纤维的重复使用性能。
本发明实施例提供的聚苯乙烯纳米纤维，由于聚苯乙烯纳米纤维为中空多孔状结构，而且纤维壁也呈多孔状，使得聚苯乙烯纳米纤维具有极大的比表面积，而且吸油率超过100g/g，最高吸油率达到141g/g，为普通吸油纤维的15倍以上，而且重复吸油性良好。
相应地，本发明在提供聚苯乙烯纳米纤维的基础上，进一步提供了该聚苯乙烯纳米纤维的一种制备方法。
在一具体实施例中，该聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，至少包括以下步骤：
步骤S01.将聚苯乙烯溶解于由二甲基甲酰胺和对二甲苯形成的混合溶剂中，得到第一溶液；
步骤S02.将聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种溶解于去离子水中，得到第二溶液；
步骤S03.将所述第一溶液和第二溶液分别吸入具有双喷头的静电纺丝用注射器中，按照所述第一溶液挤出速度为0.3～0.6mL/min、所述第二溶液挤出速度为1.5～2.5mL/min，将所述第一溶液、第二溶液进行纺丝，获得微米级纤维和纳米级聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜；
步骤S04.将所述纤维膜置于去离子水中进行漂洗处理，以去除所述微米级纤维；
步骤S05.将经过所述漂洗处理后的纤维膜进行冷冻干燥。
下面对所述制备步骤做进一步的解释说明。
在任何实施例中，二甲基甲酰胺和对二甲苯的混合溶剂，是将二甲基甲酰胺和对二甲苯按照体积进行混合。
作为优选地，二甲基甲酰胺和对二甲苯按照体积比进行混合形成混合溶液时，混合比例为(1～6):1。也就是二甲基甲酰胺的体积至少应当与对二甲苯的体积相当，可以多，如果少于最小比例，那么形成的聚苯乙烯纳米纤维孔率少甚至没有，或者无法出现中空状的结构。
更为优选地，所述混合溶液中，按照体积比为二甲基甲酰胺：对二甲苯＝1:1。在该体积比下，制备的聚苯乙烯纳米纤维呈中空多孔结构，具体如图1所示，对石蜡油的吸油率达到141g/g。
优选地，聚苯乙烯溶解于上述混合溶剂中形成的聚苯乙烯溶液质量分数为1.5％～3.0％，质量分数过高，在漂洗过程中，由静电纺丝形成的聚苯乙烯纤维中在发生相分离时二甲基甲酰胺的量过少，聚苯乙烯纤维无法形成有效的中空多孔结构。
采用聚醚作为第二溶液的溶质，主要是其经过静电纺丝时，可以有效的阻隔聚苯乙烯纤维之间直接相互接触，防止发生粘连，并且在漂洗时，聚醚由于与水具有相似的极性分子结构，能溶解于水。当然本发明并不限于聚醚，也可以是其他可以溶解于水的有机物，只要所采用的有机物能够溶解于水，并且可以实现静电纺丝且不与聚苯乙烯发生化学反应，都属于本发明的保护范畴，比如聚乙烯醇或者聚乙烯吡咯烷酮。
优选地，所述聚醚为聚环氧乙烷，属于可以溶于水的醚类有机物，并且不与聚苯乙烯发生化学反应，能有效阻隔聚苯乙烯纤维之间发生粘连现象。
更为优选地，所述聚环氧乙烷的重均分子量为1×104～5×105。如果聚环氧乙烷的重均分子量过高，其存在状态不是粘稠液体，难以形成粘性的水溶液，不容易进行静电纺丝，而且在漂洗过程中不易洗净。同样地，所述聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量也是1×104～5×105。
进一步优选地，所述第二溶液中聚醚或聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮组成的溶质的质量分数为10％～20％，以保证第二溶液良好的纺丝性能。
上述聚苯乙烯以及聚醚等溶解过程中，均在室温下即可实现溶解，在溶解时，可以采用磁力搅拌器进行搅拌以加速溶解，缩短溶解时间，提高制备效率。
获得的微米级纤维为聚醚纤维或聚乙烯醇纤维或聚乙烯吡咯烷酮纤维，或者是聚醚与聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种混合而成的纤维，当然，也可以是聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮混合的纤维。
本发明在静电纺丝时，采用具有双喷头的静电纺丝注射器，并且静电纺丝注射器的针头为内径为0.6mm～1.5mm的平顶针头。纺丝前，按照如图5所示的连接方式，高压电源的高压输出端连接在针头上，底线连接到接收板3上，针头到接收板3的距离约为50cm，两针头间距约为8cm～12cm，调节注射泵的挤出速度，第一溶液1的注射泵的挤出速度为0.3～0.6mL/min、第二溶液2的注射泵的挤出速度为1.5～2.5mL/min。通过水蒸气发生器调节纺丝环境的相对湿度为45％～50％，启动高压电源，调节直流电压为15kV～25kV，在室温下进行静电纺丝。静电纺丝的相对湿度为45％～50％，避免聚苯乙烯或者聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮在纺丝过程中速度过快而出现孔隙坍塌等导致最终产品比表面积下降的现象。经过双喷头静电纺丝注射器的静电纺丝，获得由微米级纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜。
上述步骤S04中，采用去离子水对步骤S03获得的纤维膜进行漂洗，主要是将微米级纤维溶解于水中，并且不引入其他杂质，从而获得互不粘连的聚苯乙烯纤维膜。为了使得微米级纤维彻底被洗去，需要反复多次漂洗。在漂洗的同时，由于聚苯乙烯不溶于水，而对二甲苯以及二甲基甲酰胺溶于水，于是静电纺丝获得的聚苯乙烯纤维发生相分离，从而形成多孔的结构。当二甲基甲酰胺和二甲苯的体积比调控到合适比例时，可以调节溶剂的挥发速率，从而获得中空的聚苯乙烯纤维。
经过漂洗，中空多孔的聚苯乙烯纤维内部吸附有大量的水分，在水分子的作用下，维持聚苯乙烯纤维内部微结构。
随后，立即将维持内部微结构的聚苯乙烯纤维进行冷冻干燥，以确保去除水分后，仍然能够保持聚苯乙烯纤维的内部微结构。
优选地，所述冷冻干燥处理包括将所述漂洗后的纤维膜按照2℃/min～4℃/min的降温速率降温至-20℃及以下，然后真空冷冻干燥至少24h。也就是，按照没分钟降低2～4℃的降温速率，降温至-20℃后，真空冷冻干燥，以维持聚苯乙烯纤维中空多孔的微结构。通过该降温速率以及真空冷冻干燥，使得冷凝在聚苯乙烯纤维内部的水分，直接升华，从而留下聚苯乙烯纤维的中空多孔结构，并且能稳定存在。
采用氮吸附多点BET法对上述真空冷冻干燥得到的聚苯乙烯纳米纤维进行比表面积的测试，发现获得的聚苯乙烯纳米纤维的比表面积普遍在10.0m2/g～25m2/g内。
本发明实施例提供的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，由于采用二甲基甲酰胺和对二甲苯形成的混合溶剂溶解聚苯乙烯，经静电纺丝和漂洗后，实现相分离，成多孔的聚苯乙烯形结构，而且在特定的二甲基甲酰胺和对二甲苯的混合比例下，形成中空多孔状结构，更重要的是，由于同时采用聚醚或聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮进行静电纺丝，有效避免了聚苯乙烯纤维之间的粘连，而在冷冻干燥条件下，获得的聚苯乙烯纤维孔隙率达到最大化，确保制备的聚苯乙烯纳米纤维比表面积高达10.0m2/g及以上，而且吸油率超过100g/g，该制备方法原料简单易得，工艺条件简单，纤维孔隙率繁多，且得到的聚苯乙烯纳米纤维吸油率高，适合大规模生产。
本发明实施例制备的聚苯乙烯纳米纤维具有良好的吸油率，并且吸油能力保持良好，可以重复利用，可以用作吸油材料。
为了更好的说明本发明实施例提供的聚苯乙烯纳米纤维，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照体积比为50:50称取二甲基甲酰胺和对二甲苯，将两者进行混合，获得混合溶剂；
(2)将重均分子量为2×106的聚苯乙烯溶解于上述混合溶剂中，室温下磁力搅拌直到混合均匀，得到聚苯乙烯质量分数为2％的第一溶液；
(3)将重均分子量为5×105的聚环氧乙烷溶解于去离子水中，室温下磁力搅拌直至混合均匀，得到聚环氧乙烷质量分数为15％的第二溶液；
(4)将上述第一溶液、第二溶液分别吸入具有双喷头的静电纺丝注射器中，将内径为1mm的平顶针头装在注射器上，并将高压电源的输出电压段连接在针头上，地线连接到接收板上，针头到接收板的距离为50cm，两针头之间的距离为10cm，调节注射泵的挤出速度，第一溶液的注射泵的挤出速度为0.5mL/min，第二溶液的注射泵的挤出速度为2.0mL/min，调节水蒸气发生器使得纺丝环境的湿度为50％，启动高压电源，调节直流电压为20kV，在室温条件下开始静电纺丝，纺丝时间约为2h，得到由微米级的聚环氧乙烷纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜；
(5)将由微米级的聚环氧乙烷纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜置于去离子水中进行反复漂洗，去除聚环氧乙烷；
(6)漂洗后的纤维直接置于冷冻干燥机中进行冷冻，冷冻速度为2℃/min，降温至-20℃，然后抽真空，进行冷冻干燥，冷冻干燥时间为24h，获得聚苯乙烯纳米纤维，对获得的聚苯乙烯纳米纤维进行电镜扫描和氮吸附多点BET法进行比表面积测试，扫描结果如图1所示，获得的聚苯乙烯纳米纤维比表面积为18.98m2/g，从图1可见，聚苯乙烯纳米纤维呈中空且多孔状结构，并且聚苯乙烯纳米纤维的纤维壁也出现大量孔隙。
实施例2
一种聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照体积比为85:15称取二甲基甲酰胺和对二甲苯，将两者进行混合，获得混合溶剂；
(2)将重均分子量为2×106的聚苯乙烯溶解于上述混合溶剂中，室温下磁力搅拌直到混合均匀，得到聚苯乙烯质量分数为2％的第一溶液；
(3)将重均分子量为5×105的聚环氧乙烷溶解于去离子水中，室温下磁力搅拌直至混合均匀，得到聚环氧乙烷质量分数为15％的第二溶液；
(4)将上述第一溶液、第二溶液分别吸入具有双喷头的静电纺丝注射器中，将内径为1mm的平顶针头装在注射器上，并将高压电源的输出电压段连接在针头上，地线连接到接收板上，针头到接收板的距离为50cm，两针头之间的距离为10cm，调节注射泵的挤出速度，第一溶液的注射泵的挤出速度为0.5mL/min，第二溶液的注射泵的挤出速度为2.0mL/min，调节水蒸气发生器使得纺丝环境的湿度为50％，启动高压电源，调节直流电压为20kV，在室温条件下开始静电纺丝，纺丝时间约为2h，得到由微米级的聚环氧乙烷纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜；
(5)将由微米级的聚环氧乙烷纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜置于去离子水中进行反复漂洗，去除聚环氧乙烷；
(6)漂洗后的纤维直接置于冷冻干燥机中进行冷冻，冷冻速度为2℃/min，降温至-20℃，然后抽真空，进行冷冻干燥，冷冻干燥时间为24h，获得聚苯乙烯纳米纤维，对获得的聚苯乙烯纳米纤维进行电镜扫描和氮吸附多点BET法进行比表面积测试，扫描结果如图2所示，获得的聚苯乙烯纳米纤维比表面积为15.63m2/g，从图2可见，聚苯乙烯纳米纤维呈中空结构，并且聚苯乙烯纳米纤维的纤维壁也出现少量孔隙。
实施例3
一种聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将重均分子量为2×106的聚苯乙烯溶解于对二甲苯溶剂中，室温下磁力搅拌直到混合均匀，得到聚苯乙烯质量分数为2％的第一溶液；
(2)将重均分子量为5×105的聚环氧乙烷溶解于去离子水中，室温下磁力搅拌直至混合均匀，得到聚环氧乙烷质量分数为15％的第二溶液；
(3)将上述第一溶液、第二溶液分别吸入具有双喷头的静电纺丝注射器中，将内径为1mm的平顶针头装在注射器上，并将高压电源的输出电压段连接在针头上，地线连接到接收板上，针头到接收板的距离为50cm，两针头之间的距离为10cm，调节注射泵的挤出速度，第一溶液的注射泵的挤出速度为0.5mL/min，第二溶液的注射泵的挤出速度为2.0mL/min，调节水蒸气发生器使得纺丝环境的湿度为50％，启动高压电源，调节直流电压为20kV，在室温条件下开始静电纺丝，纺丝时间约为2h，得到由微米级的聚环氧乙烷纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜；
(4)将由微米级的聚环氧乙烷纤维和纳米级的聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜置于去离子水中进行反复漂洗，去除聚环氧乙烷；
(5)漂洗后的纤维直接置于冷冻干燥机中进行冷冻，冷冻速度为2℃/min，降温至-20℃，然后抽真空，进行冷冻干燥，冷冻干燥时间为24h，获得聚苯乙烯纳米纤维，对获得的聚苯乙烯纳米纤维进行电镜扫描和氮吸附多点BET法进行比表面积测试，扫描结果如图3所示，获得的聚苯乙烯纳米纤维比表面积为10.55m2/g，从图3可见，聚苯乙烯纳米纤维形貌为内外部均无孔状。
对比例1
一种聚丙烯纤维膜，采用常规熔融纺丝的方式获得。聚丙烯由于难以溶解于常规溶剂，所以经常采用的是熔融纺丝的方法。也就是将聚丙烯切片加热到210℃制得纺丝溶体。在螺杆推动下，纺丝溶体通过喷丝头形成溶体细流。溶体细流冷却固化后形成聚丙烯纤维。熔融纺丝的纤维直径受到喷丝头的控制，一般在几十微米到100微米之间。
对获得的聚丙烯纤维膜进行电镜扫描和氮吸附多点BET法进行比表面积测试，扫描结果如图4所示，获得的聚苯乙烯纳米纤维比表面积为1.29m2/g，从图4可见，聚丙烯吸油纳米纤维形貌为内外部均无孔的实心管状结构。
为了检测实施例1～3以及对比例1得到的纤维的性能，对获得的纤维进行性能测试，包括吸油率测试和重复吸油性能测试。
(1)吸油率测试
具体测试方法如下：将1g纤维浸入盛有500mL油水混合物(油水体积比1:1)的烧杯中，10min后取出，悬空静置，待没有油滴流下之后称重。纤维吸油率通过以下公式计算：
Q＝(Mf-M0)/M0 (1)
其中Q为纤维吸油率，Mf为纤维吸油后的重量，M0为纤维的初始重量。
实施例1～3及对比例1吸油率测试在豆油、真空泵油以及石蜡油中的吸油率结果如表1所示。
(1)重复吸油性能测试
具体测试方法如下：将吸油后的纤维在5KPa的压强作用下脱油10min，然后进行重复吸油率测试，重复3次。
实施例1～3及对比例1在石蜡油中的重复吸油性能测试所得结果如表2所示。
表1吸油率测试数据
表2重复吸油性能(石蜡油)测试数据
从表1、2可知，从测试结果可以看出，实施例1的聚苯乙烯纳米纤维为中空多孔聚苯乙烯纳米纤维，其在豆油中的吸油率为130g/g，在石蜡油中吸油率最高可达141g/g，是常用聚丙烯吸油纤维的15倍以上。并且实施例1中的聚苯乙烯纳米纤维在三次重复利用后的吸油率为115g/g，保持了80％的初始吸油率，重复使用性能较好。这主要是由于采用了二甲基甲酰胺和对二甲苯作为聚苯乙烯的溶剂，通过与聚环氧乙烷共同进行静电纺丝，并采用冷冻干燥的方式，使获得的中空多孔聚苯乙烯纤维相互之间不粘连，并且维持了内部中空和纤维壁上有多孔的结构，表现出了极高的比表面积所致。而实施例2的聚苯乙烯纳米纤维由于只是中空而无多孔状，因此，吸油率值相对于实施例1稍微小；实施例3的聚苯乙烯纳米纤维属于实心纤维，因此其吸油率值更为次之；而对比例1是聚丙烯纤维，其吸油率和重复吸油性能则无法与实施例1～3进行比较。
由于本发明获得的聚苯乙烯纳米纤维具有如此高的比表面积，并且表现出良好的吸油率以及良好的吸油重复性能，因此，可以广泛应用于被有机试剂污染的水处理中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚苯乙烯纳米纤维，其特征在于：所述聚苯乙烯纳米纤维为管状结构，所述聚苯乙烯纳米纤维的纤维壁呈多孔状；所述聚苯乙烯纳米纤维的比表面积为10.0m2/g～25m2/g。
2.如权利要求1所述的聚苯乙烯纳米纤维，其特征在于：所述聚苯乙烯纤维的管状结构为中空管状结构或者所述聚苯乙烯纳米纤维的管道中间形成无定型网络结构。
3.如权利要求1～2任一项所述的聚苯乙烯纳米纤维，其特征在于：所述聚苯乙烯纳米纤维的直径为200nm～500nm；和/或所述聚苯乙烯的重均分子量为1×106～2×106。
4.如权利要求1～3任一项所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
将聚苯乙烯溶解于由二甲基甲酰胺和对二甲苯形成的混合溶剂中，得到第一溶液；
将聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种溶解于去离子水中，得到第二溶液；
将所述第一溶液和第二溶液分别吸入具有双喷头的静电纺丝用注射器中，按照所述第一溶液挤出速度为0.3～0.6mL/min、所述第二溶液挤出速度为1.5～2.5mL/min，将所述第一溶液、第二溶液进行纺丝，获得微米级纤维和纳米级聚苯乙烯纤维交错组成的纤维膜；
将所述纤维膜置于去离子水中进行漂洗处理，以去除所述微米级纤维；
将经过所述漂洗处理后的纤维膜进行冷冻干燥。
5.如权利要求4所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述混合溶剂中，按照体积比为二甲基甲酰胺：对二甲苯＝(1～6):1。
6.如权利要求5所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述聚醚为聚环氧乙烷；和/或所述聚环氧乙烷或聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为1×104～5×105。
7.如权利要求4所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述第一溶液中，聚苯乙烯的质量分数为1.5％～3.0％；所述第二溶液中，聚醚、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种构成的溶质的质量分数为10％～20％。
8.如权利要求4所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述双喷头静电纺丝注射器的两个针头内径均为0.6mm～1.5mm，所述两个针头间距为8cm～12cm；和/或所述静电纺丝的电压为15kV～25kV。
9.如权利要求4～5任一项所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述冷冻干燥处理包括将所述漂洗后的纤维膜按照2℃/min～4℃/min的降温速率降温至-20℃及以下，然后真空冷冻干燥至少24h。
10.如权利要求4～5任一项所述的聚苯乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所示静电纺丝的相对湿度为45％～50％。
CN201710905034.9A 2017-09-05 2017-09-29 聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法 Active CN107675360B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710791921 2017-09-05
CN2017107919218 2017-09-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107675360A true CN107675360A (zh) 2018-02-09
CN107675360B CN107675360B (zh) 2019-06-28

Family

ID=61139260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710905034.9A Active CN107675360B (zh) 2017-09-05 2017-09-29 聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107675360B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109778323A (zh) * 2019-01-17 2019-05-21 河南科技学院 多孔聚丙烯酰胺聚苯乙烯复合纤维、制备方法及其应用
CN110387592A (zh) * 2018-04-18 2019-10-29 浙江大学 具有取向孔结构的多孔树脂纤维的制备方法及产品和应用
CN111188128A (zh) * 2020-01-06 2020-05-22 陕西科技大学 一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法
CN114438605A (zh) * 2020-11-06 2022-05-06 中国科学院理化技术研究所 一种Janus纤维湿态粘附剂及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013873A1 (en) * 2000-08-18 2004-01-22 Wendorff Joachim H Production of polymer fibres having nanoscale morphologies
CN106310782A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 四川省建筑科学研究院 纳米纤维过滤膜、纳米纤维复合过滤膜及其制备方法
CN106400305A (zh) * 2016-10-14 2017-02-15 北京化工大学 一种大孔静电纺纳米纤维膜的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013873A1 (en) * 2000-08-18 2004-01-22 Wendorff Joachim H Production of polymer fibres having nanoscale morphologies
CN106310782A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 四川省建筑科学研究院 纳米纤维过滤膜、纳米纤维复合过滤膜及其制备方法
CN106400305A (zh) * 2016-10-14 2017-02-15 北京化工大学 一种大孔静电纺纳米纤维膜的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110387592A (zh) * 2018-04-18 2019-10-29 浙江大学 具有取向孔结构的多孔树脂纤维的制备方法及产品和应用
CN110387592B (zh) * 2018-04-18 2020-10-30 浙江大学 具有取向孔结构的多孔树脂纤维的制备方法及产品和应用
CN109778323A (zh) * 2019-01-17 2019-05-21 河南科技学院 多孔聚丙烯酰胺聚苯乙烯复合纤维、制备方法及其应用
CN111188128A (zh) * 2020-01-06 2020-05-22 陕西科技大学 一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法
CN114438605A (zh) * 2020-11-06 2022-05-06 中国科学院理化技术研究所 一种Janus纤维湿态粘附剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107675360B (zh) 2019-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107675360B (zh) 聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法
Wang et al. Ultralight and multifunctional PVDF/SiO2@ GO nanofibrous aerogel for efficient harsh environmental oil-water separation and crude oil absorption
CN103801274B (zh) 一种吸油中空纤维多孔膜的制备方法
CN105483939B (zh) 一种多孔石墨烯纳米纤维膜的制备方法
CN103893999B (zh) 一种超亲水及水下超疏油的油水分离网膜及其制备方法
CN103866492A (zh) 一种高效油水分离复合纤维膜及其制备方法
CN106400305B (zh) 一种大孔静电纺纳米纤维膜的制备方法
CN103566626A (zh) 一种具有超亲水疏油性质的油水分离网膜的制备方法
Tian et al. Novel reusable porous polyimide fibers for hot-oil adsorption
Xu et al. Facile ZIF‐8 functionalized hierarchical micronanofiber membrane for high‐efficiency separation of water‐in‐oil emulsions
US20220379266A1 (en) Polymer-based film, preparation method therefor, and use thereof
CN104998552B (zh) 一种油水分离网膜及其制备方法与应用
CN104264373B (zh) 一种吸油纤维膜的制造方法
CN104436760A (zh) 一种磁响应高效油水分离纤维膜及其制备方法
CN105251459A (zh) 一种高吸油石墨烯复合材料的制备方法
CN105133062A (zh) 一种改性聚丙烯纳米纤维制备方法及其吸油毡
CN110975640B (zh) 一种三维疏水管状纳米纤维膜的制备方法
CN110079876A (zh) 一种高吸油性纳米纤维气凝胶的制备方法及应用
CN106215461A (zh) 用于油水分离的超疏水/超亲油多孔网膜及其制备方法与应用
CN107447280A (zh) 一种石墨烯量子点/聚乙烯醇中空纳米纤维的制备方法
CN105544019A (zh) 一种高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维及其制备方法
CN105734696A (zh) 一种聚苯乙烯-聚偏氟乙烯同轴静电纺丝纤维的制备方法
Lu et al. Electrospun hierarchically channeled polyacrylonitrile nanofibrous membrane for wastewater recovery
CN107050927A (zh) 复合型结构油水分离网膜及其制备方法
CN109402755A (zh) 表面嵌有金属有机骨架纳米纤维的复合纤维的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant