专利摘要

本发明公开的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，包括：将氢氧化钾和对位芳纶短切纤维添加到二甲基亚砜溶液中，在室温下搅拌得到对位芳纶短切纳米纤维悬浮液；然后配置聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液，取等体积的对位芳纶短切纳米纤维悬浮液和聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液间隔使用真空抽滤方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。本发明利用真空辅助层层自助装的方法，制备出性能优异的芳纶纳米薄膜，该方法操作简单，且重复次数大大缩短，效率极高，同时能极大地减少其他组分的引入，充分发挥纳米芳纶纤维的优异性能，拓宽其在其它材料领域的发展及应用。

权利要求

1.一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

将氢氧化钾和对位芳纶短切纤维添加到二甲基亚砜溶液中，在室温下搅拌得到对位芳纶短切纳米纤维悬浮液；然后配置聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液，取等体积的对位芳纶短切纳米纤维悬浮液和聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液间隔使用真空抽滤方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜，所述氢氧化钾和对位芳纶短切纤维的质量之比为3：2，所述氢氧化钾和对位芳纶短切纤维质量之和添加到所述二甲基亚砜溶液中的比例为1g/(200-500ml)，配置的所述聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液质量分数为1％。

2.如权利要求1所述的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述搅拌速度为(600-800)转/min，搅拌时间为7天或7天以上。

3.如权利要求1所述的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述对位芳纶短切纳米纤维悬浮液和聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装。

4.如权利要求1所述的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述压榨处理时压榨压强不大于4MPa、压榨时间为10-15min。

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法。

背景技术

对位芳纶纤维，即聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维，是一种拟网状交联的接近高聚合物，具有高强度、高模量、耐高温、抗腐蚀等优异性能，可作为高强度、轻量化的蜂窝结构材料，耐高温的绝缘材料以及高性能电子通讯器材用材料，因而被广泛应用于航空航天、交通电力、国防军事等众多领域，在现代工业中占有举足轻重的地位。但是由于芳纶(短切)纤维表面分子链排列取向度高、结晶度高，苯环的大位阻作用使得酰胺基团上的氢很难与其他原子反应；此外纤维表面光滑，比表面积小，缺少化学活性基团，与基体无物理啮合点等，极大地影响了其在复合材料领域中的应用。

随着纳米技术的不断创新，芳纶纳米纤维也慢慢成为人们关注的焦点。众所周知，当材料小到纳米尺度时，由于本身的物理和化学性能的改变从而表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子的隧道效应。纳米纤维通常因为尺寸、形态和结构的变化，在保持原有宏观物质的基础上呈现出原有物质中所没有的独特的性能。

有研究者将芳纶纳米纤维(ANF)与聚环氧乙烷(PEO)复合，通过层层自组装法(LBL)得到高离子通量和良好热稳定性的纳米复合薄膜；也有研究者将芳纶纳米纤维(ANF)和聚二烯丙基二氯甲基化铵(PDDA)复合，通过LBL法制备了具有优异机械性能的薄膜。但是这种LBL法一般情况下要反复至少200-300次左右，极其的耗费时间。前期研究发现单纯的ANF很难成膜，即使成膜也非常脆弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，解决了现有的LBL法制备纳米芳纶薄膜耗时长、成膜难度大的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，包括步骤：

将氢氧化钾和对位芳纶短切纤维添加到二甲基亚砜溶液中，在室温下搅拌得到对位芳纶短切纳米纤维悬浮液；然后配置聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液，取等体积的对位芳纶短切纳米纤维悬浮液和聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液间隔使用真空抽滤方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。

本发明的特点还在于，

所述氢氧化钾和对位芳纶短切纤维的质量之比为3：2。

所述氢氧化钾和对位芳纶短切纤维质量之和添加到所述二甲基亚砜溶液中的比例为1g/(200-500ml)。

所述搅拌速度为(600-800)转/min，搅拌时间为7天或7天以上。

配置的所述聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液质量分数为1％。

所述对位芳纶短切纳米纤维悬浮液和聚二烯丙基二氯甲基化铵溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装。

所述压榨处理时压榨压强不大于4MPa、压榨时间为10-15min。

本发明的有益效果是：本发明的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法解决了现有的LBL法制备纳米芳纶薄膜耗时长、成膜难度大的问题。本发明的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法利用真空辅助层层自助装的方法，制备出性能优异的芳纶纳米薄膜，该方法操作简单，且重复次数大大缩短，效率极高，同时能极大地减少其他组分的引入，充分发挥纳米芳纶纤维的优异性能，拓宽其在其它材料领域的发展及应用。

附图说明

图1是利用本发明一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法制得的纳米芳纶薄膜透明度演示图；

图2是利用本发明一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法制得的纳米芳纶薄膜的静态洗后接触角图。

具体实施方式

本发明提供的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法，包括步骤：

按照质量比3：2分别称取氢氧化钾(KOH)和对位芳纶短切纤维(PPTA)后添加到二甲基亚砜(DMSO)溶液中，KOH和PPTA的质量之和添加到DMSO溶液的比例为1g/(200-500)ml，即每200-500ml的DMSO溶液中溶解的KOH和PPTA之和为1g，然后在室温下以600-800转/min的速度搅拌7天或7天以上得到暗红色的对位芳纶短切纳米纤维(aramid nano-fiber，简称ANF)悬浮液；然后配置质量分数为1％的聚二烯丙基二氯甲基化铵(PDDA)溶液，随后取等体积的ANF悬浮液和PDDA溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。压榨处理时压榨压强不大于4MPa、压榨时间为10-15min。

利用本发明一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法制得的纳米芳纶薄膜，其力学相关参数如表1所示：

表1纳米芳纶薄膜力学相关参数

利用本发明一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法制得的纳米芳纶薄膜呈淡黄色，具有良好的透明性能(由图1可透过该薄膜看到汉字和字母可知)，较好的亲水性能(由图2可知)，以及优异的力学性能(由表1可知)。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法包括步骤：分别称取0.3g KOH和0.2g PPTA后添加到100ml二甲基亚砜(DMSO)溶液中，然后在室温下以600转/min的速度搅拌12天得到暗红色的ANF悬浮液；然后配置80ml、质量分数为1％的PDDA溶液，随后每次取20ml的ANF悬浮液和20ml的PDDA溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。压榨处理时压榨压强为4MPa、压榨时间为10min。

当然也可以理解，可以根据所要制备得到的纳米芳纶薄膜的层数，来确定每次称取的ANF悬浮液和PDDA溶液的体积占各自溶液的体积分数。

实施例2

本实施例的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法包括步骤：分别称取0.3g KOH和0.2g PPTA后添加到140ml二甲基亚砜(DMSO)溶液中，然后在室温下以650转/min的速度搅拌10天得到暗红色的ANF悬浮液；然后配置120ml、质量分数为1％的PDDA溶液，随后每次取20ml的ANF悬浮液和20ml的PDDA溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。压榨处理时压榨压强为3.5MPa、压榨时间为11min。

实施例3

本实施例的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法包括步骤：分别称取0.3g KOH和0.2g PPTA后添加到180ml二甲基亚砜(DMSO)溶液中，然后在室温下以700转/min的速度搅拌8天得到暗红色的ANF悬浮液；然后配置160ml、质量分数为1％的PDDA溶液，随后每次取20ml的ANF悬浮液和20ml的PDDA溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。具体的，压榨处理时压榨压强为3.4MPa、压榨时间为12min。

实施例4

本实施例的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法包括步骤：分别称取0.3g KOH和0.2g PPTA后添加到200ml二甲基亚砜(DMSO)溶液中，然后在室温下以750转/min的速度搅拌8天得到暗红色的ANF悬浮液；然后配置160ml、质量分数为1％的PDDA溶液，随后每次取40ml的ANF悬浮液和40ml的PDDA溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。压榨处理时压榨压强为3.3MPa、压榨时间为13min。

实施例5

本实施例的一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法包括步骤：分别称取0.3g KOH和0.2g PPTA后添加到250ml二甲基亚砜(DMSO)溶液中，然后在室温下以800转/min的速度搅拌7天得到暗红色的ANF悬浮液；然后配置200ml、质量分数为1％的PDDA溶液，随后每次取50ml的ANF悬浮液和50ml的PDDA溶液间隔利用真空抽滤瓶使用真空抽滤的方式进行层层组装，组装完毕后再使用去离子水和乙醇分别清洗，最后经过压榨、室温风干即得纳米芳纶薄膜。压榨处理时压榨压强为3MPa、压榨时间为15min。

利用本发明一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法制得的纳米芳纶薄膜是对宏观的对位芳纶短切纤维进行特殊处理所得到的一类纳米纤维，其尺寸虽然是纳米级别，但是仍然保持着宏观的分子结构，以及宏观纤维本身高的结晶度和高模量、高强度等优异性能，因此常常将它作为增强剂引入到一些聚合物当中。

一种基于真空辅助层层自组装的纳米芳纶薄膜的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。