一种润湿性可控的PU-PMMA-SiO2复合材料的制备方法技术

一种润湿性可控的PU

【技术实现步骤摘要】
一种润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料的制备方法，特别是润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]复合纤维是指在同一根纤维的横截面上存在两种或两种以上不同成分的聚合物或无机/有机复合物。作为多组分纤维的一种，复合纤维可以同时具备多种组分的特性，同时还可以实现各组分间的性能互补，因而使其在性能和应用方面都表现出比单组分纤维更大的优势。不仅如此，由于复合纤维中各组分的物理性质不同或者制备方式的多样，因此复合纤维的微观结构可以呈现多样化的特征，例如双组份纤维的核壳结构和并列结构。另外，在制备复合纤维的过程中，可以对各组分的含量进行精确设计与调控。上述对复合纤维组成的调控以及纤维结构的多样化又赋予了复合纤维多样化的性能和较强的可塑性。
[0003]热塑性聚氨酯(PU)弹性体具有断裂伸长率大、弹性回复率高以及良好的生物相容性等优点，因此在弹性衣物、生物医疗等领域获得了广泛的应用。传统制备PU纤维的方法有熔融法、溶液法、化学反应法等，而工业上目前制备PU(氨纶)主要采取熔纺和干纺两大类方法。静电纺丝技术与传统纺丝工艺的不同之处在于前者所制备的纤维具有纤维直径小(纳米尺度)、功耗低、纤维膜孔隙率大等独特的优点。然而，纯PU的电纺性不太理想，且疏水性较强，从而在很大程度上限制了PU纤维的应用。
[0004]聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗称有机玻璃或亚克力，具有易加工、机械强度高，透光率高等特点。作为生物材料使用时，PMMA无毒、生物相容性好、与组织炎症反应小，因此已被应用于人工晶体、药物递送/释放等生物医用领域。然而，PMMA也是一种亲水性较差的材料，且生物活性不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要提供一种电纺性好且润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：制备方法是先将聚氨酯(PU)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺/四氢呋喃(DMF/THF)混合溶剂中；充分搅拌后得到PU
‑
PMMA混合溶液；将二氧化硅(SiO2)前驱体在酸性条件下水解后得到SiO2溶胶，之后将其加入到PU
‑
PMMA混合溶液中，搅拌均匀后得到纺丝溶液；采用静电纺丝技术将纺丝溶液制成润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合纤维。
[0007]本专利技术的具体步骤包括：
[0008]步骤(1)、将PU和PMMA原料加入到DMF/THF混合溶剂中，充分搅拌后得到粘稠、透明的PU
‑
PMMA溶液；
[0009]步骤(2)、将SiO2前驱体在酸性条件下催化水解，得到澄清、均匀的SiO2溶胶；
[0010]步骤(3)、将步骤(2)所得SiO2溶胶加入到步骤(1)的溶液中，混合搅拌后形成纺丝
溶液；
[0011]步骤(4)、将步骤(3)中的溶液通过静电纺丝技术制成形态连续的纤维。
[0012]步骤(1)中，PU和PMMA的总浓度为5％～35％(w/v)；PMMA与PU的质量比为0.5～4:1；DMF/THF混合的体积比为1～9:1；溶解温度范围为室温～90℃；搅拌时间为1～24h。
[0013]步骤(2)中，SiO2前驱体为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、硅酸钠中的一种或几种；水解时间为1～50h；所得SiO2溶胶的浓度为15～40wt％。
[0014]步骤(3)中，SiO2的加入量占复合物总量的0.1～50wt％。
[0015]步骤(4)中，静电场的电压为8～30kV，溶液的推注速度为0.1～5mL/h，接收距离为8～25cm。
[0016]步骤(4)中，所得纤维组成均匀、形态连续，无明显的结构缺陷；平均直径在0.1～1.5μm范围内；通过改变SiO2的含量调节复合物的润湿性。
[0017]步骤(4)中，所得纤维为一种功能材料，应用于药物递送、组织工程、油水分离领域。
[0018]有益效果，由于采用了上述方案，选用N,N
‑
二甲基甲酰胺/四氢呋喃(DMF/THF)作为混合溶剂，将聚氨酯(PU)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合后，通过在其中引入一定量的二氧化硅(SiO2)来调控复合材料的润湿性，通过静电纺丝技术制备出一种组成均匀、形态连续、润湿性可调的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合纤维材料。其中，PMMA的加入可以有效改善纤维的电纺性，PU的存在可赋予材料良好的柔韧性，不同比例SiO2的加入可以起到调控复合纤维润湿性和力学强度的作用。整个制备过程简单，易于操作，重复性好，且所用原料价廉易得。该三组分复合纤维材料可作为一种新型的功能材料应用于药物递送、组织工程、油水分离等领域。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下独特优点：工艺简单，重复性好，原材料价廉易得。所得复合材料具有组成均匀、形态规则、性能可调等特点，同时兼具三种单一组分的性能优势，可作为一种新型功能材料应用于药物递送、组织工程、油水分离等领域。
[0020](1)本专利技术中涉及的润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2三组分复合材料在文献中目前尚无相关报道，是一种新型的功能材料。该材料既综合了PU、PMMA和SiO2三种单一材料的性能优势，又弥补了各自的不足与缺陷，因此可以获得一种综合性能优异的多功能材料。
[0021](2)与传统制备有机
‑
无机复合纤维的方法相比，本专利技术采用SiO2溶胶来代替预先制备的SiO2纳米粒子，既可以有效避免SiO2纳米粒子在复合纤维中的团聚问题，又可以增强各组分之间在分子水平上的相互作用，因此有利于获得组成均匀、形态理想且性能优异的复合纤维。另外，与传统方法相比，本方法可以大大降低能耗、简化工艺流程和操作步骤，温和环保，便于工业化生产。
[0022](3)通过调节PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合材料中SiO2的含量，可以实现对其润湿性的调控。随着SiO2的含量的逐渐增加，复合材料的表面逐渐由疏水转变为超亲水。利用这一点，可以根据实际需要来调控复合材料的润湿性，从而大大拓宽了材料的应用范围和使用效果。
[0023](4)本专利技术方法同样适用于制备其他疏水性聚合物与二氧化硅形成的复合材料，且润湿性在一定范围内可控。
附图说明：
[0024]图1为本专利技术实施例1制备的低倍PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合纤维扫描电子显微镜图。
[0025]图2为本专利技术实施例1制备的高倍PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合材料的制备方法，其特征在于：制备方法是先将聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺/四氢呋喃混合溶剂中；充分搅拌后得到PU
‑
PMMA混合溶液；将二氧化硅前驱体在酸性条件下水解后得到SiO2溶胶，之后将其加入到PU
‑
PMMA混合溶液中，搅拌均匀后得到纺丝溶液；采用静电纺丝技术将纺丝溶液制成润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合纤维。2.根据权利要求1所述的一种润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合材料的制备方法，本发明的具体步骤包括：步骤(1)、将PU和PMMA原料加入到DMF/THF混合溶剂中，充分搅拌后得到粘稠、透明的PU
‑
PMMA溶液；步骤(2)、将SiO2前驱体在酸性条件下催化水解，得到澄清、均匀的SiO2溶胶；步骤(3)、将步骤(2)所得SiO2溶胶加入到步骤(1)的溶液中，混合搅拌后形成纺丝溶液；步骤(4)、将步骤(3)中的溶液通过静电纺丝技术制成形态连续的PU
‑
PMMA
‑
SiO2复合纤维。3.根据权利要求2所述的一种润湿性可控的PU
‑
PMMA
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，周艺博，滕淑华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：