一種靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠，又稱為干凝膠，最初由Kistler教授在20世紀30年代制得，它是一種用氣體代替凝膠中的液體、而本質(zhì)上不改變凝膠本身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或體積的特殊凝膠，即水凝膠或有機凝膠干燥后的產(chǎn)物。由于氣凝膠材料具有高孔隙率、高比表面積的特性，且作為氣凝膠材料的分散介質(zhì)空氣，是目前被認為導(dǎo)熱系數(shù)最低的物質(zhì)。因此，氣凝膠尤其是S12氣凝膠具有“超薄保暖之王”的稱號，并已運用到實際的各個領(lǐng)域中。例如，美國阿斯彭公司與加拿大Element21公司合作，研發(fā)出了一種可運用于服裝的凝膠纖維，命名為“Zeix)l0ft”(零夾層)。該凝膠纖維無需像羽絨服那樣填充夾層，便可達到保持人體熱量的效果。又如Champ1n公司生產(chǎn)的氣凝膠防風衣，這種厚度僅為0.3厘米的防風衣的保暖性能和4厘米厚的羽絨服一樣優(yōu)異。于此同時，其他運動服飾廠商，如哥倫比亞(Columbia)、阿迪達斯(Adidas)和Nike (耐克)等，也正在試驗將“零夾層”用于手套和鞋類用品。
[0003]另一方面，隨著靜電紡技術(shù)的迅速發(fā)展，納米纖維已廣泛被用于過濾、生物工程、傳感器、電極材料等領(lǐng)域。近些年來，利用靜電紡納米纖維膜的小孔徑、高孔隙率和高透濕性的特點，可有效地同時實現(xiàn)防水透濕和阻擋細菌的功能，因而越來越多地被應(yīng)用于紡織品的研發(fā)，例如抗紫外服、防紅外服、抗菌服等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于將氣凝膠和納米纖維相結(jié)合，制備出集防水透濕和超薄保暖功能于一體的靜電紡/氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。
[0005]本發(fā)明提供了一種靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0006](I)基于靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維膜；
[0007](2)將納米纖維膜浸潤于濕凝膠溶液中，并使?jié)衲z均勻分布于納米纖維膜中；
[0008](3)對納米纖維膜進行干燥處理，得到靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。
[0009]進一步地，所述步驟(3)中，對納米纖維膜進行干燥處理之前，還包括:
[0010]對所述納米纖維膜進行改性和/或預(yù)處理的步驟。
[0011]進一步地，所述復(fù)合納米纖維膜具有如下兩種典型結(jié)構(gòu):
[0012]核/殼結(jié)構(gòu):以靜電紡納米纖維膜為核，以氣凝膠為殼；
[0013]交錯結(jié)構(gòu):以靜電紡納米纖維膜與氣凝膠相互交錯形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0014]進一步地，所述納米纖維膜是采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、聚氨酯(I3U)，或者聚醚砜(PES)制備得到。
[0015]進一步地，所述納米纖維膜的纖維直徑為100?lOOOnm。
[0016]進一步地，所述濕凝膠為S12濕凝膠，所述干燥處理采用常壓干燥方式；所述改性和/或預(yù)處理的步驟，包括:
[0017]溶劑交換，將納米纖維膜在乙醇水溶液中浸潰I?3h ;
[0018]表面改性，將納米纖維膜浸泡在TMCS (三甲基硅烷)/ HMDSO (六甲基二硅醚)溶液中對其進行改性處理。
[0019]進一步地，所述濕凝膠為纖維素濕凝膠，所述干燥處理采用超臨界CO2干燥法，所述改性和/或預(yù)處理的步驟，包括:
[0020]真空脫泡:將浸潤完的納米纖維膜在40?70°C下真空脫泡；
[0021]凝固:待脫泡完全后，用去離子水作為凝固浴使納米纖維膜進行凝固再生；
[0022]去離子水清洗:用大量去離子水對納米線帷幕進行反復(fù)洗滌，直至用AgN03溶液對浸泡液檢驗無沉淀為止；
[0023]溶劑交換:將納米纖維膜浸泡于無水丙酮中，進行溶劑交換15?40min。
[0024]進一步地，所述步驟(2)中，制備溫度范圍在200°C以下。
[0025]此外，本發(fā)明還提供了了一種采用上述的方法制備得到的靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。
[0026]本發(fā)明提出一種將靜電紡技術(shù)和氣凝膠制備技術(shù)相結(jié)合，制備靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜的方法，及該靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜。本發(fā)明基于靜電紡技術(shù)制備出納米纖維膜，將濕凝膠液浸潤入納米纖維膜中，并通過脫水/防水化處理，制備出以靜電紡納米纖維為支撐框架，以氣凝膠作為功能層并粘附于納米纖維的新型氣凝膠/靜電紡復(fù)合納米纖維膜。該復(fù)合納米纖維膜同時具備防水透濕和超薄保暖功能，在新型服裝的研發(fā)中具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0027]下面將參照附圖描述本發(fā)明的具體實施例，其中:
[0028]圖1為本發(fā)明的制備方法的主要步驟示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明提供的靜電紡氣凝膠復(fù)合納米纖維膜的兩種典型微觀結(jié)構(gòu):a.核殼結(jié)構(gòu)；b.交錯結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明提出了一種新型靜電紡/氣凝膠復(fù)合納米纖維膜，結(jié)合圖1所示，該復(fù)合膜的具體制備過程包括如下主要步驟:
[0031](a)靜電紡納米纖維膜的制備
[0032]選用適當?shù)母叻肿泳酆衔锶芙庠诤线m的溶劑中，靜置待完全溶解后磁力攪拌，獲得紡絲液，并通過靜電紡絲得到靜電紡納米纖維膜。
[0033](b)濕凝膠的配制
[0034]進行濕凝膠的配制，選用氣凝膠材料在制備過程中所需條件易于與納米纖維膜相結(jié)合，且反應(yīng)條件不宜太劇烈，例如濕凝膠溶液不會溶解納米纖維膜、以及制備溫度范圍在2000C以下，以免破壞支撐膜的結(jié)構(gòu)等。
[0035]優(yōu)選的，可采用S12濕凝膠或者纖維素濕凝膠。
[0036](c)納米纖維膜在濕凝膠中的浸潤
[0037]將靜電紡納米纖維膜浸入預(yù)先配置好的濕凝膠中。
[0038]優(yōu)選地，為使?jié)衲z在納米纖維層中的分布更為均勻，將靜電紡納米纖維膜浸潤在濕凝膠中靜置一段時間，待濕凝膠完全滲透入納米纖維層后，使將納米纖維膜放入涂覆機中勻膠Imin。
[0039](d)濕凝膠干燥前的改性和/或預(yù)處理
[0040]其中，S1JM凝膠干燥前的改性和/或預(yù)處理主要包括溶劑交換-表面改性處理；纖維素濕凝膠干燥前的改性和/或預(yù)處理主要包括脫泡和凝膠處理。
[0041](e)干燥
[0042]對于S12氣凝膠和纖維素氣凝膠，可分別采用常壓干燥法和超臨界CO2干燥法。
[0043]進一步的，S12濕凝膠的配制具體如下:以工業(yè)水玻璃(Be° =40, Na2O: S12 (摩爾比)=1: 3.3，S12含量26.0wt%，密度:1.38g / cm3)為原料，將其用去離子水稀釋后(工業(yè)水玻璃:去離子水(體積比)=1: 4)，用強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂進行離子交換，得到pH=2?4的硅酸。之后用NaOH水溶液(1.0mol / L)調(diào)節(jié)所得溶液至pH=4?6，磁力攪拌均勻后靜置陳化，使其凝膠，去除上層水層。
[0044]纖維素濕凝膠的配制具體如下:將木漿纖維素(聚合度650)在60?80°C下干燥24h后，倒入裝有1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體(AmimCl)的燒瓶中，在60?80°C條件下，機械攪拌至完全溶解，得到纖維素質(zhì)量濃度為4?8%的淺黃色AmimCl溶液。
[0045]為使S12濕凝膠更適用于常壓干燥，需在干燥前進行一定的溶劑交換-表面改性，S1jM凝膠的溶劑交換-表面改性具體處理如下:將上述步驟(c)制備出的濕凝膠納米纖維膜在30?70VOl%的乙醇水溶液中浸潰I?3h(以增強其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))，之后浸泡在TMCS(三甲基硅烷)/ HMDSO(六甲基二硅醚)溶液中對其進行改性處理，直至水溶液的顏色變?yōu)辄S色為止。
[0046]纖維素濕凝膠的脫泡和凝膠具體處理如下:將浸潤完的濕凝膠/納米纖維膜在40?70°C下真空脫泡。待脫泡完全后，用去離子水作為凝固浴使?jié)衲z/納米纖維膜進行凝固再生，得到再生纖維素凝膠/納米纖維膜，并用大量去離子水對其進行反復(fù)洗滌，直至用AgNO3溶液對浸泡液檢驗無沉淀為止(表明纖維中的離子液體已經(jīng)被清洗干凈)，隨后用無水丙酮浸泡濕凝膠/納米纖維膜，進行溶劑交換15?40min。
[0047]進一步的，上述步驟(e)中，S12氣凝膠的常壓干燥法的具體操作如下:將改性后的濕凝膠/納米纖維膜放入恒溫干燥箱，在60?100°C條件下干燥12?24h ;醋酸纖維素氣凝膠超臨界CO2干燥法:將凝膠/納米纖維膜至于高壓釜中，在40?8