一种荧光纤维膜的制备方法.pdf

本发明涉及一种具有红色发光性能的纤维膜的制备方法，特别涉及一种采用钨酸铕为发光粉，与聚氯乙烯共混制成纺丝原液并进行静电纺的方法。它以钨酸铕为发光粉，用与聚氯乙烯的质量浓度为0.5～2.5∶100的钨酸铕发光粉与聚氯乙烯溶液混合制备成纺丝原液，再进行静电纺丝，得到红色发光纤维膜。本发明提供的钨酸铕为溶胶-凝胶法制备的纳米级红色荧光粉，而且发光在高温下具有良好的稳定性；静电纺所得到的纤维膜具有荧光效果，发射主峰位于613nm，处于红色发光区域，具有应用前景。

1.  一种荧光纤维膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)称取聚氯乙烯颗粒加入到混合溶剂中配成浓度为0.08-0.12克/毫升的聚氯乙烯溶液，所述的混合溶剂为N，N-二甲基乙酰胺与四氢呋喃按照8∶2～6∶4的体积比混合而成；
(2)将钨酸铕发光粉掺杂到聚氯乙烯溶液中制备成均匀的纺丝原液，其中钨酸铕发光粉与聚氯乙烯的质量比为0.5～2.5∶100；
(3)将上述纺丝原液采用静电纺丝工艺制备得到荧光纤维膜；
所述的钨酸铕发光粉可由以下方法制得：
(1)将氧化铕溶解于质量浓度为25-35％的硝酸溶液中得到硝酸铕溶液；另将钨酸铵溶解于水制成饱和钨酸铵溶液；
(2)按照化学计量比取硝酸铕和钨酸铵溶液共混，其中加入一定配比的草酸溶液，其中草酸与聚氯乙烯的质量比为1-5∶100；
(3)在温度为55-65℃时加热搅拌1-2小时，添加一定配比的乙二醇，其中乙二醇与聚氯乙烯的质量比为1-3∶100；
(4)在温度为80-90℃时搅拌混合，待溶液逐渐蒸发制备干凝胶；
(5)把得到的干凝胶在温度为750-850℃加热煅烧，得到钨酸铕发光粉。

2.  根据权利要求1所述的一种荧光纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的静电纺丝工艺，其纺丝电压为12-20KV，喷丝口与接收屏的间距为15-20cm。

一种荧光纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料在高分子材料中的应用及纺织工程技术领域，尤其涉及到一种荧光纤维膜的制备方法。
背景技术
稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。在稀土离子的大家庭之中，三价Eu³⁺离子掺杂的无机发光材料在发光和显示领域得到了广泛的关注。通常Eu³⁺的发射谱线处于红光区，Eu³⁺具有特征的线状光谱，这些谱线对应于4f电子组态内从激发态5D能级到7FJ(J＝0，1，2，3，4，5和6)基态能级的跃迁发射。由于能级不被晶体场分裂(J＝0)，发射跃迁的分裂是由7FJ能级的晶体场分裂引起的。Eu³⁺掺杂的很多不同结构的无机基质材料的发光性能已经得到广泛的研究，如，硅酸盐、磷酸盐、钼酸盐和钨酸盐。然而，将Eu³⁺掺杂到成纤聚合物中制备荧光纤维(膜)的技术还未见报道。
在纺织领域，荧光纤维(织物)的视觉效果既包括对可见光选择吸收后产生的颜色，又包括它们发射出来的荧光，使得纺织品的饱和度和鲜艳度提高。一般而言，荧光纤维制备可以从结构型荧光纤维和复合型荧光纤维两个角度出发：
结构型荧光纤维是指通过共价键将生色基团连接在成纤聚合物分子链(主链或侧链)上，这样使得聚合物的分子本身具有荧光特性，而且发色基团变色效果不受影响。但是合成路线复杂，可选择的染料品种有限，限制了其工业化发展的潜力。
复合型荧光纤维是指将荧光化合物掺杂到纤维聚合物基体中去，使得纤维材料具有荧光效果。制备复合型荧光纤维有两种途径：一方面，荧光化合物与成纤聚合物共混后再加工制成的荧光纤维；另一方面，直接将荧光化合物作为功能性染料对纤维进行染色制备荧光纤维，这类生产途径生产出来的荧光纤维所发出的光的波长范围宽，光的颜色可以通过所加入的荧光化合物的种类来改变；操作简单，工艺可以有据可寻。
将荧光化合物与成纤聚合物共混后再制成荧光纤维的工艺一般就是纺丝工艺，而静电纺丝(Electrostatic Spinning，简称电纺Electrospinning)工艺是一种快捷、简单、相对便宜的纺丝工艺，它可以用于生产直径在纳米到微米范围内的超细纤维，所得的超细纤维大多以纤维膜或无纺布的形式得到。
静电纺丝可以使用多种高分子材料，如：聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚乳酸、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等等。
静电纺丝纳米聚氯乙烯(PVC)纤维膜是一种新型空气净化过滤材料，而且静电纺制的聚氯乙烯纤维膜还具有比表面积大、孔径小的特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种将Eu³⁺掺杂到成纤聚合物中制备荧光纤维膜的方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种荧光纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取聚氯乙烯颗粒加入到混合溶剂中配成浓度为0.08-0.12克/毫升的聚氯乙烯溶液，所述的混合溶剂为N，N-二甲基乙酰胺与四氢呋喃按照8∶2～6∶4的体积比混合而成；
(2)将钨酸铕发光粉掺杂到聚氯乙烯溶液中制备成均匀的纺丝原液，其中钨酸铕发光粉与聚氯乙烯的质量比为0.5～2.5∶100；
(3)将上述纺丝原液采用静电纺丝工艺制备得到荧光纤维膜；
所述的钨酸铕发光粉可由以下方法制得：
(1)将氧化铕溶解于质量浓度为25-35％的硝酸溶液中得到硝酸铕溶液；另将钨酸铵溶解于水制成饱和钨酸铵溶液；
(2)按照化学计量比取硝酸铕和钨酸铵溶液共混，其中加入一定配比的草酸溶液，其中草酸与聚氯乙烯的质量比为1-5∶100；
(3)在温度为55-65℃时加热搅拌1-2小时，添加一定配比的乙二醇，其中乙二醇与聚氯乙烯的质量比为1-3∶100；
(4)在温度为80-90℃时搅拌混合，待溶液逐渐蒸发制备干凝胶；
(5)把得到的干凝胶在温度为750-850℃加热煅烧，得到钨酸铕发光粉。
所述的静电纺丝工艺，其纺丝电压为12-20KV，喷丝口与接收屏的间距为15-20cm。
本发明的有益效果是：本发明中所得到的纤维膜在激发波长为365nm的激光激发下的荧光发射光谱的发射主峰位于613nm，处于红色发光区域。所应用的发光粉为溶胶-凝胶法制备的纳米级钨酸铕发光粉，而且它的发光性能在高温下具有良好的稳定性。
具体实施方式
下面对本发明一种荧光纤维膜的制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
红色发光粉的制备，具体涉及钨酸铕(Eu₂WO₆)的制备。
钨酸铕发光粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化铕(Eu₂O₃)溶解于质量浓度为25％的硝酸溶液中得到硝酸铕(Eu(NO₃)₃)溶液；另将钨酸铵溶解于水制成饱和钨酸铵溶液；
(2)按照化学计量比取硝酸铕和钨酸铵溶液共混，其中加入一定配比的草酸溶液，其中草酸与聚氯乙烯的质量比为1∶100；
(3)在温度为60℃时加热搅拌1小时，添加一定配比的乙二醇，其中乙二醇与聚氯乙烯的质量比为1∶100；
(4)在温度为80℃时搅拌混合，待溶液逐渐蒸发制备干凝胶；
(5)把得到的干凝胶在温度为800℃加热煅烧，得到钨酸铕发光粉。
在钨酸铕发光粉(Eu₂WO₆)的SEM扫描电镜图(放大50000倍)上可见，其颗粒呈现浑圆的近似球状，纳米尺寸在100nm-400nm。在激发波长为λex＝395nm条件下，其发射峰的主峰位于611nm，属于红色发光范畴。
将上述钨酸铕发光粉(Eu₂WO₆)作为荧光粉与聚氯乙烯(PVC)的溶液共混制得静电纺丝原液，并进行静电纺丝。具体实施方法是：
(1)称取聚氯乙烯颗粒加入到混合溶剂中配成浓度为0.08克/毫升的聚氯乙烯溶液，所述的混合溶剂为N，N-二甲基乙酰胺与四氢呋喃按照8∶2的体积比混合而成；
(2)先将钨酸铕发光粉在丙酮介质中充分搅拌使其分散，然后往其中加入一定量的偶联剂后得到粘稠状物质，其中偶联剂与钨酸铕发光粉的质量比为5∶100；再将此浓稠状物质投入到聚氯乙烯溶液中去，其中钨酸铕发光粉与聚氯乙烯的质量比为0.5∶100，待充分搅拌均匀后制备成纺丝原液。
(3)将纺丝液从加料口中加入，调节喷丝口与接收屏的间距为18cm，调节电压至液滴形成锥形后从喷嘴喷出，收集屏(铝箔)上得到1微米厚度的薄膜。所述的静电纺丝工艺，其纺丝电压为12KV，喷丝口与接收屏的间距为15cm。
实施例2
红色发光粉的制备，具体涉及钨酸铕(Eu₂WO₆)的制备。
钨酸铕发光粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化铕(Eu₂O₃)溶解于质量浓度为35％的硝酸溶液中得到硝酸铕(Eu(NO₃)₃)溶液；另将钨酸铵溶解于水制成饱和钨酸铵溶液；
(2)按照化学计量比取硝酸铕和钨酸铵溶液共混，其中加入一定配比的草酸溶液，其中草酸与聚氯乙烯的质量比为5∶100；
(3)在温度为60℃时加热搅拌1小时，添加一定配比的乙二醇，其中乙二醇与聚氯乙烯的质量比为3∶100；
(4)在温度为80℃时搅拌混合，待溶液逐渐蒸发制备干凝胶；
(5)把得到的干凝胶在温度为800℃加热煅烧，得到钨酸铕发光粉。
在钨酸铕发光粉(Eu₂WO₆)的SEM扫描电镜图(放大50000倍)上可见，其颗粒呈现浑圆的近似球状，纳米尺寸在100nm-400nm。在激发波长为λex＝395nm条件下，其发射峰的主峰位于611nm，属于红色发光范畴。
将上述钨酸铕发光粉(Eu₂WO₆)作为荧光粉与聚氯乙烯(PVC)的溶液共混制得静电纺丝原液，并进行静电纺丝。具体实施方法是：
(1)称取聚氯乙烯颗粒加入到混合溶剂中配成浓度为0.12克/毫升的聚氯乙烯溶液，所述的混合溶剂为N，N-二甲基乙酰胺与四氢呋喃按照6∶4的体积比混合而成；
(2)先将钨酸铕发光粉在丙酮介质中充分搅拌使其分散，然后往其中加入一定量的偶联剂后得到粘稠状物质，其中偶联剂与钨酸铕发光粉的质量比为8∶100；再将此浓稠状物质投入到聚氯乙烯溶液中去，其中钨酸铕发光粉与聚氯乙烯的质量比为2.5∶100，待充分搅拌均匀后制备成纺丝原液。
(3)将纺丝液从加料口中加入，调节喷丝口与接收屏的间距为18cm，调节电压至液滴形成锥形后从喷嘴喷出，收集屏(铝箔)上得到3微米厚度的薄膜。所述的静电纺丝工艺，其纺丝电压为20KV，喷丝口与接收屏的间距为20cm。
实施例3
红色发光粉的制备，具体涉及钨酸铕(Eu₂WO₆)的制备。
钨酸铕发光粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化铕(Eu₂O₃)溶解于质量浓度为30％的硝酸溶液中得到硝酸铕(Eu(NO₃)₃)溶液；另将钨酸铵溶解于水制成饱和钨酸铵溶液；
(2)按照化学计量比取硝酸铕和钨酸铵溶液共混，其中加入一定配比的草酸溶液，其中草酸与聚氯乙烯的质量比为3∶100；
(3)在温度为60℃时加热搅拌1小时，添加一定配比的乙二醇，其中乙二醇与聚氯乙烯的质量比为2∶100；
(4)在温度为80℃时搅拌混合，待溶液逐渐蒸发制备干凝胶；
(5)把得到的干凝胶在温度为800℃加热煅烧，得到钨酸铕发光粉。
在钨酸铕发光粉(Eu₂WO₆)的SEM扫描电镜图(放大50000倍)上可见，其颗粒呈现浑圆的近似球状，纳米尺寸在100nm-400nm。在激发波长为λex＝395nm条件下，其发射峰的主峰位于611nm，属于红色发光范畴。
将上述钨酸铕发光粉(Eu₂WO₆)作为荧光粉与聚氯乙烯(PVC)的溶液共混制得静电纺丝原液，并进行静电纺丝。具体实施方法是：
(1)称取聚氯乙烯颗粒加入到混合溶剂中配成浓度为0.10克/毫升的聚氯乙烯溶液，所述的混合溶剂为N，N-二甲基乙酰胺与四氢呋喃按照7∶3的体积比混合而成；
(2)先将钨酸铕发光粉在丙酮介质中充分搅拌使其分散，然后往其中加入一定量的偶联剂后得到粘稠状物质，其中偶联剂与钨酸铕发光粉的质量比为10∶100；再将此浓稠状物质投入到聚氯乙烯溶液中去，其中钨酸铕发光粉与聚氯乙烯的质量比为1.5∶100，待充分搅拌均匀后制备成纺丝原液。
(3)将纺丝液从加料口中加入，调节喷丝口与接收屏的间距为18cm，调节电压至液滴形成锥形后从喷嘴喷出，收集屏(铝箔)上得到2微米厚度的薄膜。所述的静电纺丝工艺，其纺丝电压为16KV，喷丝口与接收屏的间距为18cm。
本发明制得的静电纺PVC/Eu₂WO₆纤维膜，在波长为395nm激光激发下，其发射峰的主峰位于613nm，属于红色发光范畴。