由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜及其制备方法。聚乳酸多孔纤维薄膜，通过结合静电纺丝与结晶诱导相分离两种模板法制备而成。具体方法是将聚乳酸和聚环氧乙烷按一定的重量比溶于共溶剂中，常温搅拌6h成均匀溶液；使用高压静电技术，将聚合物溶液纺制成聚乳酸/聚环氧乙烷复合纤维；将复合纤维浸入水溶液中，刻蚀去除纤维中的聚环氧乙烷相，置于烘箱中除水，得到环境友好型的聚乳酸多孔纤维布，其具有的微米级和纳米级多级通孔结构使其具有高比表面积，该纤维布不但具有高的流体通量，而具有良好的机械性能，有望在水处理、空气分离等膜分离领域获得应用。

Film composed of polylactic acid fiber with nano continuous porous structure and preparation method thereof

The invention discloses a film composed of polylactic acid fiber with nano continuous porous structure and a preparation method thereof. Poly (lactic acid) porous fiber membranes were prepared by two template methods, electrospinning and crystallization induced phase separation. The specific method is polylactic acid and poly ethylene oxide according to a certain weight ratio of soluble in common solvents at room temperature, stirring 6h homogeneous solution; the use of electrostatic technology, polymer spun poly lactic acid / poly ethylene oxide composite fiber; composite fiber immersed in aqueous solution, etching removing fiber of polyethylene oxide phase in an oven, except water, porous PLLA fiber cloth are environmentally friendly, with micro - and nano multi hole structure has high specific surface area, the fiber cloth not only has high fluid flux, and has good mechanical properties, is expected to separate fields in water treatment, air separation etc. Application of film.

【技术实现步骤摘要】
由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的阶层式多孔薄膜及通过静电纺丝和结晶诱导相分离相结合从而获得其产物的制备方法。
技术介绍
鉴于聚合物多孔材料在水油分离、锂离子电池隔膜以及药物释放等方面的普遍应用，其制备方法得到广泛关注。聚合物多孔膜的制备方法包括模板法和组装法。例如，在典型的模板法中，通常采用特殊方法将具有连续孔结构的模板中加入目标材料，之后通过选择性刻蚀的方式，去除模板，从而获得多孔结构。这种方法对多孔模板以及选择性刻蚀所用溶剂等具有很高的要求，所得孔尺寸单一且受模板尺寸限制。组装法基于特殊相互作用，可以嵌段共聚物的微相分离为例，描述如下:将含有嵌段共聚物的溶液或熔体加工成所需形状，并将之加热至微相分离温度以上，通过选择性去除其中一相的方式，制备另外一相的多孔材料。该方法对嵌段共聚物的相分离温度以及组成等具有很高要求，且所得孔结构大多具有单一尺寸。基于模板法和组装法上述的缺点，因此，很有必要开发一种阶层式多孔结构。聚乳酸是一种新型的生物可降解材料，使用可再生的材料如玉米作原料制成。使用后可以被自然界的微生物完全降解成二氧化碳和水，是公认的环境友好型材料。并且聚乳酸的热稳定性好，具有最良好的抗拉强度及延展度。因此，本专利技术从阶层式多孔聚乳酸的制备入手，提供了一种通过含结晶性聚合物混合溶液静电纺丝制备具有多级纳米和微米通孔的纤维薄膜材料，并有望在电子电气、分离去污及医用器材等多个行业应用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜。本专利技术的聚乳酸纤维薄膜为10～300微米厚度的薄膜，该薄膜具有阶层式多孔结构，即包括纤维交互形成的孔以及纤维内的贯通孔，材质为聚乳酸，纤维间形成的孔为100纳米～100微米；纤维内贯通孔的孔径为3～200纳米，纤维的直径为50纳米～5微米。本专利技术的另一目的是提供上述具有多级通孔(由纤维间组成的微孔及纤维上的贯通孔)结构聚乳酸纤维薄膜的制备方法。该方法具体步骤如下：步骤(1).将聚乳酸和聚环氧乙烷按一定的质量比混合，置于两者的共溶剂中，搅拌6小时成透明均一，质量分数为6～20％的聚合物溶液；聚乳酸和聚环氧乙烷的共溶剂为氯仿或二氯甲烷，其中溶液的质量分数为6～20％。作为优选，在步骤(1)中，聚乳酸在聚合物(聚乳酸和聚环氧乙烷总质量)的质量含量为20～80％。步骤(2).将步骤(1)制备得到的聚合物溶液，利用静电纺丝装置，制备成具有双相连续结构的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜。静电纺丝条件：电压为8～80千伏，推进速度为0.01～1.5毫升/小时，金属箔片接收，接收距离是5～20厘米，纺丝环境温度为10～35℃。作为优选，步骤(2)的电压为15千伏，推进速度为0.1～0.2毫升/小时；步骤(3).将步骤(2)制备得到的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜，在常温条件下放置15分钟后，直接浸泡在聚环氧乙烷刻蚀溶剂中24小时，刻蚀纤维中的聚环氧乙烷相；聚环氧乙烷刻蚀溶剂为蒸馏水或次氯酸钠溶液。作为优选，步骤(3)使用高于常温的聚环氧乙烷刻蚀溶剂进行刻蚀，可大大缩短刻蚀时间；步骤(4).将步骤(3)制备得到的经过刻蚀后聚乳酸纤维薄膜，置于真空烘箱中干燥6小时，去除薄膜上富集的水分，形成具有纤维间微米级、纤维内部纳米级的多级通孔结构的聚乳酸纤维薄膜；本专利技术制备得到的聚乳酸纤维薄膜在电子电气、分离去污及医用材料上的应用。本专利技术的有益效果：使用静电纺丝装置，通过改变条件得到不同直径的纤维，简单的调节纤维间空隙；聚环氧乙烷在电纺溶剂挥发的过程中结晶与聚乳酸的微区形成相互贯穿的双连续网络结构；本专利技术聚乳酸薄膜具有较好的延展性，特别表现在聚乳酸/聚环氧乙烷薄膜经刻蚀形成的聚乳酸多孔纤维薄膜的断裂伸长率可达到120％以上；本专利技术聚乳酸多孔纤维薄膜在保证较高的孔隙率下，具有较好的机械性能，其拉伸强度可达到5MPa；本专利技术聚乳酸多孔纤维薄膜，通过对比刻蚀前后的质量，聚环氧乙烷的去除率均保持在87.1％以上，确认纤维内部的多孔为纳米级的连续通孔；本专利技术聚乳酸阶层式多孔薄膜薄膜具有较高的通量，表现在聚乳酸/聚环氧乙烷(2:1wt)薄膜经刻蚀形成的薄膜在重力驱动石油醚通量可达到1.3×104L/m2h；本专利技术聚乳酸多孔纤维薄膜，通过改变聚乳酸和聚环氧乙烷的质量比，可调控聚乳酸纤维内部纳米孔的结构，孔的直径为3～200nm。该纳米孔具有三维网络结构，这种三维网络由聚环氧乙烷/聚乳酸在溶剂挥发过程中结晶分相形成。同时，本专利技术聚乳酸多孔纤维薄膜制备仅需要常用的静电纺丝设备，浸泡冷水中烘干后，便可得到具有良好生物相容性环境友好的多孔聚乳酸纤维薄膜，并无其它副产物；制备方法简单。具体薄膜厚度可通过电纺时间调整，使其符合不同的用途。附图说明图1为对比例聚乳酸纤维薄膜及其纤维的扫描电镜照片；图2为实施例4制备得到的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜及其纤维的扫描电镜照片；图3为实施例6制备得到的聚乳酸多孔纤维薄膜的纤维及纤维截面的扫描电镜照片；图4为实施例6压汞检测结果，制备的样品聚乳酸多孔纤维薄膜的孔径分布曲线图。图5为实施例6聚乳酸多孔纤维薄膜力学性能曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式详细阐述本专利技术，但并不将本专利技术限制在所诉的具体实施方式的范围中。下面使用的聚乳酸为美国NatureWorks生产，型号为3001D；聚环氧乙烷为美国AlfaAesai生产，重均分子量为100000。对比例.1克聚乳酸溶于10克氯仿中制成质量分数为10％的均一溶液；用5毫升的注射器，在15千伏的工作电压下，推进速度为0.2毫升/小时，接受距离是15厘米，铝箔作接收材料，将聚乳酸的氯仿溶液电纺成平均直径约为6微米纤维集成厚度200微米的薄膜。实施例1.将0.5克聚乳酸、1.5克聚环氧乙烷溶于氯仿中，搅拌6小时，成聚乳酸/聚环氧乙烷的质量比为1/3的质量分数10％的氯仿溶液；使用对比例中相同的电纺条件，纺丝环境温度为10～35℃，制备成平均直径约为6微米纤维集成厚度200微米的聚乳酸/聚环氧乙烷薄膜。实施例2.将0.67克聚乳酸、1.33克聚环氧乙烷溶于氯仿中，搅拌6小时，成聚乳酸/聚环氧乙烷的质量比为1/2的质量分数10％的氯仿溶液；使用对比例中相同的电纺条件，纺丝环境温度为10～35℃，制备成平均直径约为6微米纤维集成厚度200微米的聚乳酸/聚环氧乙烷薄膜。实施例3.将1克聚乳酸、1克聚环氧乙烷溶于氯仿中，搅拌6小时，成聚乳酸/聚环氧乙烷的质量比为1/1的质量分数10％的氯仿溶液；使用对比例中相同的电纺条件，纺丝环境温度为10～35℃，制备成平均直径约为6微米纤维集成厚度200微米的聚乳酸/聚环氧乙烷薄膜。实施例4.将1.33克聚乳酸、0.67克聚环氧乙烷溶于氯仿中，搅拌6小时，成聚乳酸/聚环氧乙烷的质量比为2/1的质量分数10％的氯仿溶液；使用对比例中相同的电纺条件，纺丝环境温度为10～35℃，制备成平均直径约为6微米纤维集成厚度200微米的聚乳酸/聚环氧乙烷薄膜。实施例5.将1.5克聚乳酸、0.5克聚环氧乙烷溶于氯仿中，搅拌6小时，成聚乳酸/聚环氧乙烷的质量比为3/1的质量分数10％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜，为10～300μm厚度的薄膜，材质为聚乳酸，其特征在于该薄膜具有阶层式多孔结构，即包括纤维交互形成的孔以及纤维内无规则分布的、连续贯穿的贯通孔。

【技术特征摘要】
1.一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜，为10～300μm厚度的薄膜，材质为聚乳酸，其特征在于该薄膜具有阶层式多孔结构，即包括纤维交互形成的孔以及纤维内无规则分布的、连续贯穿的贯通孔。2.如权利要求1所述的一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜，其特征在于该薄膜各纤维间形成的孔为100纳米～100微米；纤维内贯通孔的孔径为3～200纳米，纤维的直径为50纳米～5微米。3.制备如权利要求1所述的一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)、将聚乳酸和聚环氧乙烷按一定的质量比混合，置于两者的共溶剂中，搅拌制备成透明均一的6～20wt％聚合物溶液；步骤(2)、将步骤(1)得到的聚合物溶液利用静电纺丝装置，制备成具有双相连续结构的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜；其中静电纺丝的条件如下：电压为8～80千伏，推进速度为0.01～1.5毫升/小时，金属箔片接收，接收距离是5～20厘米，纺丝环境温度为10～35℃；步骤(3)、将步骤(2)得到的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜，在常温下放置一定时间后，直接浸泡在聚环氧乙烷刻蚀溶剂中一定时间，用以刻蚀纤维中的聚环氧乙烷相，获得刻蚀后的聚乳酸纤维薄膜；步骤(4)、将步骤(3)得到的刻蚀后聚乳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：何美鋒，林卫健，
申请(专利权)人：杭州安诺过滤器材有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33