一种热塑性高聚物微/纳米纤维膜材料的制备方法 【技术领域】
本发明属于膜材料的制备领域，特别是涉及一种热塑性高聚物微/纳米纤维膜材料的制备方法。
背景技术
随着科技发展和社会进步，食品加工、生物医药和半导体技术等行业对生产环境要求严格，均需要高纯度的空气、水等介质。同样，环境保护和人口压力也使得海水淡化、污水处理等水介质和空气净化处理等方面的需求大增，这就需要空气净化过滤装置能将空气中的微小污染物滤除，水处理装置中的过滤器能将水中的微小物质去除得到高纯水。这样对过滤膜的要求相应提高，过滤膜要有高内表面积以提高过滤效率；同时过滤膜需具备很小孔径才能将一些尺寸微小的、有毒有害物质除掉以提高过滤效果。理论上说纤维直径越小，过滤膜内表面积越大，过滤效率越高。则以微/纳米纤维制备的分离膜具有高比表面积和大孔隙率、密度低、流通量大、孔径小，同时孔间结合性能良好，具备能与纳米尺寸活性或功能性化学物质相结合的潜能，因此将纳米纤维膜用于以过滤和吸附为基础的分离过滤领域是大有可为的。
目前纳米纤维分离膜主要利用静电直接高压纺喷出纳米尺度的丝束，利用纳米纤维丝束喷出的方向无规性，承接在接收器上的纳米纤维就直接成型纳米纤维膜。然而静电纺丝方法主要针对能利用溶液纺丝的高聚物，因此本发明创新地提出一种制备经熔融纺丝法所得高聚物微/纳米纤维分离膜的方法。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种热塑性高聚物微/纳米纤维膜材料的制备方法，该方法简便易行，具有高效可控、高附加值、易于实现规模化生产等特点，产品可用于液体或气体的过滤分离。
本发明的一种热塑性高聚物微/纳米纤维膜材料的制备方法，包括：
(1)100-600g热塑性高聚物与1400-1900g纤维素酯共混，经双螺杆挤出机熔融纺丝，以300-800m/min的速度卷绕，形成分散相在纤维素酯基体中呈微/纳米尺度分散的多组分体系纤维；
(2)通过纤维素酯的溶剂将上述多组分体系纤维中的纤维素酯溶解除去，加入水、二氯甲烷，得到热塑性高聚物微/纳米纤维溶液体系；
(3)在上述溶液体系中添加助剂得到浆液，然后在造纸机上抄造，后经干燥、压延，得到热塑性高聚物微/纳米纤维膜。
所述的步骤(1)中热塑性高聚物包括聚烯烃、聚酯或聚酰胺类高聚物及其共聚物或它们的共混物，占多组分体系质量分数为2-40％，纤维素酯为乙酸丁酸纤维素酯。
所述的步骤(1)中热塑性高聚物为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯醇接枝聚乙烯、聚对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二酯、聚酰胺6或聚酰胺1010。
所述的步骤(1)中纺丝条件为纺丝温度：190-250℃；喷丝板：36×0.3mm或20×0.2mm；冷却条件：中等环吹风或强环吹风。
所述的步骤(2)中溶剂为丙酮、甲醇或乙醇，加水沉淀以后能回收纤维素酯，溶剂/水混合体系经蒸馏后能回收利用。
所述的步骤(3)中助剂为微/纳米纤维的分散剂，包括非离子、正离子或负离子表面活性剂，其浓度为0.1～3wt％的溶剂总量，优选的助剂为烷基苯酚环氧乙烷类非离子表面活性剂。
所述的助剂为OP-15。
所述的步骤(3)中微/纳米纤维浆料是利用造纸术原理制备成微/纳米纤维膜。
所述的步骤(3)中热塑性高聚物微/纳米纤维的直径为50-1000nm。
本发明将一种通过高效可控、具有普适性、且环境友好的方法所制备热塑性高聚物微/纳米纤维应用于膜材料，再利用造纸术原理开发了一种新型热塑性高聚物微/纳米纤维膜材料。该类热塑性高聚物微/纳米纤维膜材料的过滤吸附效果显著，将在液体和气体过滤净化等方面发挥巨大的作用。
有益效果
(1)本发明方法简便易行，具有高效可控、高附加值、易于实现规模化生产等特点；
(2)所得产品的过滤吸附性能优异，可广泛应用于液体或气体的过滤净化领域。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1950克乙酸丁酸纤维素、50克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，获得微/纳米纤维溶液，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯微/纳米纤维膜材料。
实施例2
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，获得微/纳米纤维溶液，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯微/纳米纤维膜材料。
实施例3
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维丙酮溶液，同时逐步添加1wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯微/纳米纤维膜材料。
实施例4
1600克乙酸丁酸纤维素、400克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入二氯甲烷，获得微/纳米纤维溶液，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯微/纳米纤维膜材料。
实施例5
1400克乙酸丁酸纤维素、600克聚丙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加0.1wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯微/纳米纤维膜材料。
实施例6
1600克乙酸丁酸纤维素、400克聚乙烯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚乙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加2wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚乙烯微/纳米纤维膜材料。
实施例7
1600克乙酸丁酸纤维素、400克聚对苯二甲酸乙二酯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚对苯二甲酸乙二酯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加3wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚对苯二甲酸乙二酯微/纳米纤维膜材料。
实施例8
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚对苯二甲酸丙二酯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚对苯二甲酸丙二酯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加0.5wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚对苯二甲酸丙二酯微/纳米纤维膜材料。
实施例9
1800克乙酸丁酸纤维素、200克聚对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二酯经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚对苯二甲酸，间苯二甲酸乙二酯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加1.5wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二酯微/纳米纤维膜材料。
实施例10
1600克乙酸丁酸纤维素、400克聚(乙烯-乙烯醇)共聚物经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚(乙烯-乙烯醇)/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加2wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚(乙烯-乙烯醇)微/纳米纤维膜材料。
实施例11
1600克乙酸丁酸纤维素、400克聚丙烯接枝马来酸酐共聚物经烘箱干燥，将二者共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯接枝马来酸酐/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加0.25wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯接枝马来酸酐微/纳米纤维膜材料。
实施例12
1800克乙酸丁酸纤维素、100克聚丙烯、100聚乙烯经烘箱干燥，将三元体系共混后经双螺杆纺丝机熔融纺丝、卷绕获得聚丙烯/聚乙烯/乙酸丁酸纤维素多组分共混纤维。将多组分共混纤维置于放置于震荡器中的丙酮溶剂中，通过3-4次丙酮置换后，加入去离子水，获得微/纳米纤维溶液，同时逐步添加2wt％的表面活性剂OP-15，将此溶液在打浆机中配制成浆料，然后在造纸机上抄造成型、干燥获得聚丙烯/聚乙烯微/纳米纤维膜材料。