CN113046927A - 一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113046927A
CN113046927A CN202110476652.2A CN202110476652A CN113046927A CN 113046927 A CN113046927 A CN 113046927A CN 202110476652 A CN202110476652 A CN 202110476652A CN 113046927 A CN113046927 A CN 113046927A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ptfe
peo
cnt
nanofiber membrane
composite nanofiber
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.)
Withdrawn
Application number
CN202110476652.2A
Other languages
English (en)
Inventor
黄岸
刘帆
彭响方
崔志香
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.)
Fujian University of Technology
Original Assignee
Fujian University of Technology
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 Fujian University of Technology filed Critical Fujian University of Technology
Priority to CN202110476652.2A priority Critical patent/CN113046927A/zh
Publication of CN113046927A publication Critical patent/CN113046927A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜及其制备方法，采用静电纺丝技术，使用PTFE悬浮分散液并结合水溶性PEO为助纺剂来制备PTFE纳米纤维膜，通过在PTFE纳米纤维上引入CNT，最终制备获得具有良好力学、润湿性、导电及介电性的PTFE/CNT复合纳米纤维薄膜。由于PTFE难以溶解于所有溶剂，本发明采用PTFE悬浮分散液，有利于环境保护，且加入的CNT促进了所制备的薄膜的功能化和高性能化，使其在膜蒸馏，油水分离、电磁波吸收、电磁屏蔽等领域有很大的应用潜力。

Description

一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合纳米纤维膜技术领域，具体涉及一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)是一种非极性线型晶状聚合物，具有许多独特的物理和化学性能，如良好的电绝缘性和热稳定性、优良的耐老化性、极小的吸水率、优秀的抗紫外辐射性能以及优异的化学惰性等。因此，其被广泛应用于电子电气、防腐减磨、机械、石油化工、纺织及航空航天领域。
目前商用的PTFE膜大多通过机械拉伸和制孔剂的成型工艺方法制备，这些方法在制备过程中能耗较大，污染环境而且得到的PTFE膜孔径差异大，孔隙率低。并且，PTFE本身难溶解于各类溶剂，在熔融状态下的熔体强度很大，因此也不能直接通过溶液纺丝和熔融纺丝的方法去制备PTFE膜。
此外，目前制备的大多为纯PTFE纳米纤维膜，其力学、介电等性能难以满足某些领域的应用，为克服上述缺点并拓宽PTFE纳米纤维膜的应用领域，添加功能性纳米填料使其高性能及多功能化是目前PTFE膜领域亟需解决的难点及热点问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的缺点和不足，提供了一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制PEO溶液：将聚氧化乙烯(PEO)溶于去离子水中，搅拌均匀，得到PEO溶液；
2)配制PTFE/PEO混合液：将PTFE悬浮液加入到上述PEO溶液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO混合液；
3)配制PTFE/PEO/CNT纺丝液：将碳纳米管(CNT)的水分散液加入上述PTFE/PEO混合液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO/CNT混合液；
4)静电纺丝制备PTFE/CNT复合纳米纤维膜：将上述PTFE/PEO/CNT混合液通过静电纺丝制得PTFE/PEO/CNT复合纳米纤维膜前驱体，经热处理，最终得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
进一步地，步骤1)是将重均分子量为105-107g/mol的超高分子量PEO粉末溶解在35-45℃的水中，搅拌均匀获得PEO溶液。
所述PEO溶液中PEO的含量为8-12wt.％，所述PTFE悬浮液中PTFE的含量为55-65wt.％。
步骤2)所述PTFE悬浮液与PEO溶液的质量比为88:12。
所述PTFE/PEO/CNT混合液中CNT的含量为0.5wt.％-1wt.％。
步骤4)所述的静电纺丝电压为14-16kV，纺丝喷嘴到对置电极滚筒收集器的距离为14-16cm，纺丝流速为0.8-1.2ml/h。
步骤4)所述的热处理是首先将PTFE/PEO/CNT复合纤维膜置于真空干燥箱中(45℃)干燥至少12h，接着在330-400℃马弗炉中进行烧结，使PEO分解去除，得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
本发明克服了传统PTFE加工难的缺点，采用静电纺丝技术，使用PTFE悬浮分散液并结合水溶性PEO为助纺剂(牺牲体)来制备PTFE纳米纤维膜，通过在PTFE纳米纤维上引入CNT，最终制备获得具有良好力学、润湿性、导电及介电性的PTFE/CNT复合纳米纤维薄膜。由于PTFE难以溶解于所有溶剂，本发明采用PTFE悬浮分散液，有利于环境保护，且加入的CNT促进了所制备的薄膜的功能化和高性能化。
本发明还具有以下优点：
1、引入CNT使PTFE复合纳米纤维的表面结构、力学性能、疏水性能得到优化，使其在膜蒸馏，油水分离、电磁波吸收(介电)、电磁屏蔽(导电)等领域有很大的应用潜力。
2、制备的PTFE/CNT复合纳米纤维多孔膜纤维连续、孔径均匀，具有优异的热稳定性、力学性能、疏水性能。
3、本发明制备过程中采用水系聚氧化乙烯PEO和水系的PTFE悬浮液为原料，未使用有机溶剂，安全且利于环境保护。所以，此方法兼具操作简单、经济、和环保的优点。
附图说明
图1为PTFE/CNT复合纳米纤维膜制备过程的示意图。
图2(a)为实施例3静电纺丝制备的纯PTFE纳米纤维膜扫描电镜照片，图2(b)为图2(a)局部放大图。
图3(a)为实施例3静电纺丝制备的PTFE/CNT(99.5wt.％:0.5wt.％)复合纳米纤维膜扫描电镜照片，图3(b)为图3(a)局部放大图。
图4(a)为实施例3静电纺丝制备的PTFE/CNT(99.0wt.％:1.0wt.％)复合纳米纤维膜扫描电镜照片，图4(b)为图4(a)局部放大图。
图5为实施例3制备的复合纳米纤维膜水接触角，(a)纯PTFE纳米纤维膜，(b)PTFE/CNT(0.5wt.％)复合纳米纤维膜，(c)PTFE/CNT(1.0wt.％)。
图6为实施例3制备的纯PTFE纳米纤维膜，PTFE/CNT(0.5wt.％)复合纳米纤维膜，PTFE/CNT(1.0wt.％)复合纳米纤维膜应力-应变曲线。
具体实施方式
实施例1
一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制PEO溶液：将重均分子量为105g/mol的超高分子量PEO粉末溶解在35℃的水中，搅拌均匀获得PEO的含量为8wt.％的PEO溶液；
2)配制PTFE/PEO混合液：将PTFE的含量为55wt.％的PTFE悬浮液加入到上述PEO溶液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO混合液；
所述PTFE悬浮液与PEO溶液的质量比为88:12；
3)配制PTFE/PEO/CNT纺丝液：将CNT的水分散液加入上述PTFE/PEO混合液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO/CNT混合液，所述PTFE/PEO/CNT混合液中CNT的含量为0.5wt.％；
4)静电纺丝制备PTFE/CNT复合纳米纤维膜：将上述PTFE/PEO/CNT混合液通过静电纺丝制得PTFE/PEO/CNT复合纳米纤维膜前驱体，其中，静电纺丝电压为14kV，纺丝喷嘴到对置电极滚筒收集器的距离为14cm，纺丝流速为0.8ml/h；
然后将PTFE/PEO/CNT复合纤维膜前驱体置于45℃真空干燥箱中干燥12h，接着在330℃马弗炉中进行烧结，使PEO分解去除，最终得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
实施例2
一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制PEO溶液：将重均分子量为107g/mol的超高分子量PEO粉末溶解在45℃的水中，搅拌均匀获得PEO的含量为12wt.％的PEO溶液；
2)配制PTFE/PEO混合液：将PTFE的含量为65wt.％的PTFE悬浮液加入到上述PEO溶液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO混合液；
所述PTFE悬浮液与PEO溶液的质量比为88:12；
3)配制PTFE/PEO/CNT纺丝液：将CNT的水分散液加入上述PTFE/PEO混合液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO/CNT混合液，所述PTFE/PEO/CNT混合液中CNT的含量为0.75wt.％；
4)静电纺丝制备PTFE/CNT复合纳米纤维膜：将上述PTFE/PEO/CNT混合液通过静电纺丝制得PTFE/PEO/CNT复合纳米纤维膜前驱体，其中，静电纺丝电压为6kV，纺丝喷嘴到对置电极滚筒收集器的距离为16cm，纺丝流速为1.2ml/h；
然后将PTFE/PEO/CNT复合纤维膜置于45℃真空干燥箱中干燥12h，接着在400℃马弗炉中进行烧结，使PEO分解去除，最终得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
实施例3
一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
1)配制PEO溶液：将重均分子量为106g/mol的超高分子量PEO粉末溶解在40℃的水中，搅拌均匀获得PEO的含量为10wt.％的PEO溶液；
2)配制PTFE/PEO混合液：将PTFE的含量为60wt.％的PTFE悬浮液加入到上述PEO溶液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO混合液；
所述PTFE悬浮液与PEO溶液的质量比为88:12；
3)配制PTFE/PEO/CNT纺丝液：将CNT的水分散液加入上述PTFE/PEO混合液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO/CNT混合液，所述PTFE/PEO/CNT混合液中CNT的含量分别为0wt.％、0.5wt.％、1wt.％；
4)静电纺丝制备PTFE/CNT复合纳米纤维膜：将上述PTFE/PEO/CNT混合液通过静电纺丝制得PTFE/PEO/CNT复合纳米纤维膜前驱体，其中，静电纺丝电压为15kV，纺丝喷嘴到对置电极滚筒收集器的距离为15cm，纺丝流速为1ml/h；
然后将PTFE/PEO/CNT复合纤维膜置于45℃真空干燥箱中干燥12h，接着在380℃马弗炉中进行烧结，使PEO分解去除，最终得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
表1为实施例3制备的纯PTFE纳米纤维膜，PTFE/CNT(0.5wt.％)复合纳米纤维膜，PTFE/CNT(1wt.％)复合纳米纤维膜拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量。
表1
样品 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 杨氏模量(MPa)
PTFE 2.50±0.13 123.0±0.13 2.03±0.11
PTFE/CNT(0.5wt.％) 4.03±0.26 320.1±0.14 1.25±0.08
PTFE/CNT(1.0wt.％) 5.92±0.42 330.4±0.12 1.79±0.12
由表1可以看出，引入CNT使PTFE复合纳米纤维的力学性能得到优化。

Claims (8)

1.一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1) 配制PEO溶液：将PEO溶于去离子水中，搅拌均匀，得到PEO溶液；
2) 配制PTFE/PEO混合液：将PTFE悬浮液加入到上述PEO溶液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO混合液；
3）配制PTFE/PEO/CNT纺丝液：将CNT的水分散液加入上述PTFE/PEO混合液中，搅拌均匀，得到PTFE/PEO/CNT混合液；
4）静电纺丝制备PTFE/CNT复合纳米纤维膜：将上述PTFE/PEO/CNT混合液通过静电纺丝制得PTFE/PEO/CNT复合纳米纤维膜前驱体，经热处理，最终得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤1）是将重均分子量为105-107g/mol的超高分子量PEO粉末溶解在35-45℃的水中，搅拌均匀获得PEO溶液。
3.根据权利要求1所述的一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述PEO溶液中PEO的含量为 8-12 wt.%，所述PTFE悬浮液中PTFE的含量为55-65 wt.%。
4.根据权利要求1所述的一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤2）所述PTFE悬浮液与PEO溶液的质量比为88:12。
5.根据权利要求1所述的一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述PTFE/PEO/CNT混合液中CNT的含量为0.5 wt.%-1 wt.%。
6.根据权利要求1所述的一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤4）所述的静电纺丝电压为14-16kV，纺丝喷嘴到对置电极滚筒收集器的距离为14-16 cm，纺丝流速为0.8-1.2 ml/h。
7.根据权利要求1所述的一种PTFE/CNT复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤4）所述的热处理是首先将PTFE/PEO/CNT复合纤维膜置于真空干燥箱中干燥至少12h，接着在330-400℃马弗炉中进行烧结，使PEO分解去除，得到PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
8.根据权利要求1-7任一制备方法得到的PTFE/CNT复合纳米纤维膜。
CN202110476652.2A 2021-04-29 2021-04-29 一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法 Withdrawn CN113046927A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110476652.2A CN113046927A (zh) 2021-04-29 2021-04-29 一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110476652.2A CN113046927A (zh) 2021-04-29 2021-04-29 一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113046927A true CN113046927A (zh) 2021-06-29

Family

ID=76517814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110476652.2A Withdrawn CN113046927A (zh) 2021-04-29 2021-04-29 一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113046927A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113713638A (zh) * 2021-10-14 2021-11-30 山东海科创新研究院有限公司 一种双层高强度超疏水分离膜及其制备方法、应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113713638A (zh) * 2021-10-14 2021-11-30 山东海科创新研究院有限公司 一种双层高强度超疏水分离膜及其制备方法、应用
CN113713638B (zh) * 2021-10-14 2024-02-13 山东海科创新研究院有限公司 一种双层高强度超疏水分离膜及其制备方法、应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113913970B (zh) 一种高性能纳米碳纤维及其连续制备的方法
Wang et al. Tuning hierarchically aligned structures for high-strength PMIA–MWCNT hybrid nanofibers
Yang et al. Evaluation of membrane preparation method on the performance of alkaline polymer electrolyte: Comparison between poly (vinyl alcohol)/chitosan blended membrane and poly (vinyl alcohol)/chitosan electrospun nanofiber composite membranes
CN106984194B (zh) 一种超疏水改性纳米纤维膜及其制备方法和应用
US20160068654A1 (en) Electrospinning solution Composition for Preparing Silver Nanofiber
Wang et al. Facile production of natural silk nanofibers for electronic device applications
CN111074380B (zh) 一种氧化石墨烯/聚丙烯酸钠的拉伸流体及其在制备石墨烯中的应用
CN113463375A (zh) 原位疏水改性芳纶纳米气凝胶纤维及其制备方法与应用
JP2008266828A (ja) セルロース極細繊維およびその繊維集合体シートとその製造方法
CN106268350A (zh) 一种抗菌过滤膜的制备方法
Kang et al. Electrospun poly (tetrafluoroethylene) nanofiber membranes from PTFE-PVA-BA-H 2 O gel-spinning solutions
CN113046927A (zh) 一种ptfe/cnt复合纳米纤维膜及其制备方法
Lay et al. Combined effect of carbon nanotubes and polypyrrole on the electrical properties of cellulose-nanopaper
CN115522320A (zh) 一种高模量聚四氟乙烯纳米纤维膜的制备方法
CN111058107B (zh) 一种氧化石墨烯可拉伸溶液及其制备方法与应用
Xiong et al. Nanocellulose implantation enriched the pore structure of aerogel for effective particulate matter removal
Sun et al. Sponge‐Like Microfiber Electrodes for High‐Performance Redox Flow Batteries
Gallah et al. Flexible PET/(PET-TiO2) core/shell nanofibrous mats as potential photoanode layer for dye-sensitized solar cells, DSSCs
Zhou et al. Preparation and characterization of crosslinked chitosan-based nanofibers
Huang et al. Electrical conductivity, oil absorption and electric heating of carbon black-modified carbon nanofibers
Düzyer Different Methods of Fabricating Conductive Nanofibers
CN113279150B (zh) 一种导电聚四氟乙烯多孔膜的制备方法
AU2020100844A4 (en) A Preparation Method and Application Of Graphene Nanotubes
Feng et al. The fabrication and electrochemical properties of electrospun nanofibers of a multiwalled carbon nanotube grafted by chitosan
CN114558461A (zh) 一种有机-无机复合导电滤膜及其制备方法

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
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210629