一种采用静电纺丝制备PBO纳米纤维膜的方法

本发明属于高性能纤维领域，涉及种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法。背景技术：1、高性能聚合物纤维有芳纶纤维、聚苯并噁唑(pbo)类聚合物纤维、超高聚乙烯纤维等。其中，pbo纤维是目前合成纤维中拉伸强度最高、化学稳定性极佳、模量最高、耐电强度很高、热稳定性能最好、尺寸稳定性好、阻燃性好的高性能纤维，被认为是21世纪的纤维之王，其合成过程如下所示。2、3、然而，pbo的加工性差，只能溶解在强酸溶液中，极大地限制了pbo的进一步改性和利用。尤其是随着纳米科技的飞速发展，人们普遍认为当聚合物纤维的尺寸降低至纳米级别时，会展现出独特的光学、电学、磁性学、机械性能等。近年来，多种聚合物纳米纤维的制备技术如模板聚合法、拉伸法、湿法纺丝、自组装法和静电纺丝法等已经被开发成功。其中，静电纺丝技术是一种将聚合物液态流体静电雾化并通过高压静电场喷射纺丝制备纳米纤维的方法，能够连续、高效地制备聚合物纳米纤维。pbo加工条件苛刻，制备pbo纳米纤维的报道较少。东华大学的金俊宏等人首先通过静电纺丝技术制备了pbo前驱体的纳米纤维，进一步通过高温热环化制备了pbo纳米纤维。然而这种方法工艺复杂，“一步法”制备pbo纳米纤维极具挑战，且相关报道还很少。技术实现思路1、本发明的目的在于克服pbo纤维溶解性差，只能溶解于少数强酸性溶剂中的问题，进而提供了一种“一步法”制备pbo纳米纤维的方法，并使其用于各类电池隔膜、耐高温防护层、绝缘材料等。2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：3、(1)、将pbo原纤溶解在混合溶液中，搅拌形成均一、透明的黄色溶液，所述的混合溶剂一方为甲基磺酸，一方为六氟异丙醇、八氟-1,6-己二醇、1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲基-2-丙醇、六氟丁醇、无水六氟丙酮中的一种或几种。4、(2)、将步骤a制备的溶液转移至注射器中，使用静电纺丝机纺丝得到的纳米纤维膜；5、(3)、对步骤b所得的纳米纤维膜浸入去离子水中进行溶剂置换，然后置于真空干燥箱干燥，即得pbo的纳米纤维膜，可用于各类电池隔膜、耐高温防护层、绝缘材料等。6、优选地，步骤(1)中，所述的混合溶剂的质量比为0.5～10:90～99.5。7、优选地，步骤(1)中，所述的溶质pbo与混合溶剂的质量比为1～30:70～99。8、优选地，步骤(1)中，所述的实验温度为20～100℃，搅拌速度为50～500转/分钟，搅拌时间为6-24h，避光搅拌。9、优选地，步骤(2)中，所述的静电纺丝注射器为平口针头。10、优选地，步骤(2)中，所述的静电纺丝参数为：纺丝注射器针头与金属收集基板之间的距离为15～20cm，纺丝电压为15～30kv，环境温度为30～60℃，湿度为20～40％，给液速度为0.1～1ml/h。11、优选地，步骤(2)中，所述的静电纺丝pbo纳米纤维直径为100nm～10μm之间。12、优选地，步骤(2)中，所述的静电纺丝制备的pbo纳米纤维使用铝箔收集。13、优选地，步骤(3)中，所述的置换溶剂为去离子水、乙醇、甲醇、丙酮等溶剂，所述温度在20～110℃，置换时间为4～48h。14、优选地，步骤(3)中，所述的干燥温度为20～200℃，干燥时间为4～48h。15、优选地，步骤(3)中，所述的纳米纤维面膜，其用途可用于各类电池隔膜、耐高温防护层、绝缘材料等。16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：17、1、克服了传统pbo纤维只能溶解在强酸性溶剂中的困难，提供了一种温和的方式溶解pbo纤维，提高了pbo聚合物的加工性能，拓展了pbo聚合物应用领域，并为pbo纤维的化学改性提供了基础。18、2、首次通过“一步法”制备了pbo纳米纤维，大大节省了纳米纤维的制备步骤，具有广阔的应用前景。19、3、本发明所述的pbo纳米纤维具有拉伸强度高、化学稳定性极佳、模量高、耐电强度很高、热稳定性能好、尺寸稳定性好、阻燃性好等特点，可适用于大规模工业化生产。技术特征：1.一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，步骤(1)所述的混合溶剂的质量比为0.5～10:90～99.5。3.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，步骤(1)所述的溶质pbo与混合溶剂的质量比为1～30:70～99。4.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述步骤(2)所述的静电纺丝注射器为平口针头。5.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述步骤(2)所述的静电纺丝参数为：纺丝注射器针头与金属收集基板之间的距离为15～20cm，纺丝电压为15～30kv，环境温度为30～60℃，湿度为20～40％，给液速度为0.1～1ml/h。6.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述步骤(2)静电纺丝pbo纳米纤维直径为100nm～10μm之间。7.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述步骤(3)的置换温度为20～110℃，置换时间为4～48h。8.根据权利要求1所述的一种采用静电纺丝制备pbo纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述步骤(3)干燥温度为20～200℃，干燥时间为4～48h。技术总结本发明属于高性能纤维领域，涉及一种采用静电纺丝制备PBO纳米纤维膜的方法，具体包括如下步骤：首先PBO溶解在甲基磺酸和醇类的混合溶剂中，得到黄色透明溶液，然后将溶液转移到注射器中，利用静电纺丝机制备PBO纳米纤维膜，随后将负载纳米纤维膜的铝箔浸入水中置换溶剂，最后放入真空干燥箱中干燥，即可得到PBO纳米纤维膜。本发明提出了一种温和的方法溶解PBO纤维，并首次采用PBO溶液直接制备纳米纤维膜，大大节省了传统PBO纳米纤维膜的制备流程，制备的纳米纤维膜孔隙率大，强度高，电化学稳定性好，阻燃性优，耐高温，可用做各类电池隔膜材料等。技术研发人员：李洪飞,徐海萍,陈浩,黄兴溢,谭聪聪,邢福煊受保护的技术使用者：上海第二工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/15