本发明专利技术涉及一种超细定向聚合物纤维的射流稳定电驱动纺丝制备方法，包括将高分子聚合物溶解在溶剂中得到纺丝原液，将纺丝原液进行射流稳定电驱动纺丝得到超细定向聚合物纤维，其特征在于：所述的纺丝原液中含有粘弹性改进剂，改善了纺丝原液的粘弹性和射流的稳定性，使依赖电场力驱动的电纺丝技术可以方便地得到单根超细纤维以及定向程度较高的单向纤维束和单向纤维膜；本发明专利技术制得的超细纤维具有较高的大分子链取向度及较好的力学性能；本发明专利技术制得的纤维单丝的直径较细，可以达到1～10μm。
Jet stabilizing electric drive spinning preparation method of superfine directional polymer fiber
Jet electric stability of the invention relates to a superfine directional polymer fiber driven spinning preparation method, including the polymer dope dissolved in a solvent, the spinning solution of stable electric drive jet spun superfine directional polymer fiber, which is characterized in that the spinning solution containing viscoelastic modifier improved the stability of spinning solution and viscoelastic jet, the electric spinning technology on electric field driving force can be easily got a higher degree of orientation and superfine fiber unidirectional fiber bundles and fiber membrane; superfine fiber prepared by the invention has high molecular chain orientation and good mechanical properties of fibers of the invention; made of small diameter, can reach 1 ~ 10 m.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于 纳-微米超细纤维制备
技术介绍
与传统机械纺丝方法不同，静电纺丝技术是依赖电场力驱动(简称电驱动)形成亚 微米级纤维(俗称纳米纤维)的一种极为简便的超细纤维材料制备方法。如图1所示，为传 统的静电纺丝设备结构图，微量注射泵2输送纺丝液到喷丝头3，喷丝头3下方设有平板接 收装置7，喷丝头3连接高压电源1。原理是首先将聚合物溶液(或熔体)在高压电场中带 上静电，当带电的聚合物液滴在电场力的作用下在喷丝头3的Taylor锥顶点克服表面张力 形成喷射细流后，射流经过一很短的稳定段(通常小于Icm)直线运动后，在某一点受到扰动 而发生丝迹混乱的不稳定摆动，这种不稳定弯曲摆动使纺丝射流被迅速高度牵伸和细化到 纳米级，并伴随溶剂的快速挥发而最终沉积到接收装置成为纳米纤维。电纺纳米纤维具有 传统工业纺丝技术不易达到的纳-微米级纤维细度、高比表面积、及高效率功能化等优点， 在生物医药、过滤、光电传感等众多领域有着广泛的应用前景。然而，由于目前大多数静电 纺纤维均是以无纺布形式得到，用静电纺丝法获得单根超细纤维、纤维束或定向纤维膜还 十分困难，这就不能实现对纳-微米纤维进行编织和结构设计等次级加工和处理，限制了 静电纺超细纤维的应用范围。目前已有众多的研究者在这方面做了大量的研究工作，以求获得高度取向排列 的纤维和纤维束。Boland 等人, 2001，A38 (1 1231-1243.]应用滚筒收集制得有一定程度取向的 聚乳酸纳米纤维(转速1000r/min)和I型胶原蛋白纳米纤维(转速4500 r/min)。Smit 等人用 静态的水作接收装置，用旋转的辊子进行收集，得到长的纱线，纤维在纱线里面具有很好 的排列。Teo 等人设计了 一种动态水浴接收装置，利用旋转离心力和水流牵引的作用收集得到取向纤维。Pan等 人也提供了一种较为简单获得纤维束 的方法。他们在相对的正负两极同时进行静电纺丝，带有不同电荷的纤维在正负极间相撞 并相互吸引形成一束，然后被卷绕在滚筒上。Huang等人. 2003，63:2223-2253]报道了一种收集平行排 列纤维的简便方法，就是通过矩形的框架得到不同排列的纤维，金属框架所收纤维的排列 比木质不导电框架所收集纤维的排列要好。Li等人报道了一种简单有效的方法来制备平行取向纳米纤 维。他们在常规的收集器上凿开一个槽，在附加电场的作用下，纳米纤维横跨槽的两边形成 平行取向纤维。Yang 等人将喷丝方向两侧平行放置两块永久磁铁的收集装置，溶液中加细小的磁性纳米粒子对溶液进行磁化，在磁场的作用下得到取向纤维。尽管上述各种方法都能得到不同定向程度的取向纤维，但由于静电纺丝射流本身 的不可控性，上述各种制备定向超细纤维的方法在纤维的定向程度、能收集得到的纱束长 度、力学性能等方面均与实际应用要求还有较大差距。如果基于电纺丝在制备纳-微米超 细纤维方面的独特优势，能像传统机械驱动纺丝(湿法或干-湿法、熔融纺丝)一样控制射流 获取单丝、纱束和定向纤维膜，就可把超细纳-微米纤维的应用范围扩展到更广泛的领域， 比如用于对具结构特异性的肌腱/韧带等组织进行仿生构建，这样依赖电驱动制备的超细 定向纤维将有十分重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种超细定向聚合物纤维的射流稳定电驱动纺 丝制备方法，包括将高分子聚合物溶解在溶剂中得到纺丝原液，将纺丝原液进行电驱动纺 丝得到超细定向聚合物纤维，其特征在于，所述的纺丝原液中含有粘弹性改进剂。优选地，所述的粘弹性改进剂为分子量不小于300，OOODa的聚氧化乙烯。所述的 粘弹性改进剂在纺丝原液中的浓度优选为0. 1 20wt%。高分子量的聚氧化乙烯由于其具 有长又柔韧的分子链结构，因此具有较高的粘度和可纺性。将其添加到聚合物材料溶液中 能显著提高聚合物材料的粘弹性和可纺性。电驱动纺丝过程中由于较高的粘弹性能保证射 流的稳定，不会出现传统静电纺丝过程中固有的不稳定弯曲鞭动，从而能形成单根超细聚 合物纤维。经滚筒收集可得到定向很好的纤维束或纤维膜。所述的电驱动纺丝的具体步骤可为在喷丝头下方设置平板接收装置，通过微量 注射泵控制纺丝原液的供给速率，在喷丝头与平板接收装置之间施加电压，喷丝头与平板 接收装置之间形成稳定的单丝射流，在喷丝头与平板接收装置之间用矩形框架收集超细聚 合物纤维单丝。所述的射流稳定电驱动纺丝的具体步骤可为在喷丝头下方设置凝固液槽，在凝 固液槽的一侧设置滚筒接收装置，通过微量注射泵控制纺丝原液的供给速率，在喷丝头与 凝固液槽之间施加电压，喷丝头与凝固液槽之间形成稳定的单丝射流，经凝固液槽凝固，在 滚筒接收装置上收集具有较高的定向程度的超细聚合物纤维束。当进行易挥发性溶剂的电 驱动溶液纺丝时，超细纤维则不需要经凝固液槽而直接卷绕收集到滚筒接受装置。所述的射流稳定电驱动纺丝的具体步骤可为在喷丝头下方设置凝固液槽，在凝 固液槽的一侧设置滚筒接收装置，通过微量注射泵控制纺丝原液的供给速率，在喷丝头与 凝固液槽之间施加电压，喷丝头与凝固液槽之间形成稳定的单丝射流，经凝固液槽凝固，卷 绕到往复移动的滚筒接收装置，在滚筒接收装置上收集具有较高的定向程度的超细聚合物 纤维膜。当进行易挥发性溶剂的射流稳定电驱动溶液纺丝时，超细纤维则不需要经凝固液 槽而直接卷绕收集到滚筒接受装置。所述的射流稳定电驱动纺丝的条件优选如下电压为1 100kV，电场或接收距离 为0. 02 2m，喷丝头直径为1 μ m 2mm，纺丝原液供给速率为0. 1 10mL/h，环境温度为 20 60°C，环境相对湿度为20% 80%。所述的滚筒接收装置的卷绕接收速度优选为1 lOOOOr/min。所述的高分子聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、醋酸纤 维素、聚苯胺、聚环氧乙烷、聚丙交酯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚乙烯 吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、尼龙6、聚乙烯醇、聚乳酸、聚 羟基丁酸酯、聚戊酸丁酸酯、聚3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物、壳聚糖、透明质酸、明胶 和胶原中的至少一种。所述的溶剂优选为水、乙酸、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲酸、硫酸、乙醇、 甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氢呋喃、乙醚、二甲亚砜、三氟乙酸、六氟异丙醇和三氟 乙醇中的一种或两种以上的混合物。本专利技术的优点如下1、由于采用了高分子量的聚氧化乙烯改善纺丝原液的粘弹性，本专利技术可以像传统机械 纺丝技术一样控制电纺丝的射流得到单根超细纤维以及定向程度较高的单向纤维束和单 向纤维膜。2、本专利技术制得的超细纤维具有较高的大分子链取向度及较好的力学性能。3、本专利技术制得的纤维的直径较细，可以达到1 ΙΟμπι。附图说明图1为传统的静电纺丝设备结构图2为聚合物单根纤维的射流稳定电驱动纺丝示意图3为使用不易挥发性溶剂时的聚合物纤维束和纤维膜的射流稳定电驱动纺丝示意图4为使用易挥发性溶剂时的聚合物纤维束和纤维膜的射流稳定电驱动纺丝示意图图5为射流稳定电驱动纺丝制备所得壳聚糖单根纤维的扫描电镜照片； 图6为射流稳定电驱动纺丝制备所得壳聚糖纤维束的扫描电镜照片； 图7为射流稳定电驱动纺丝制备所得聚乳酸单根纤维的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种超细定向聚合物纤维的射流稳定电驱动纺丝制备方法，包括将高分子聚合物溶解在溶剂中得到纺丝原液，将纺丝原液进行电驱动纺丝得到超细定向聚合物纤维，其特征在于，所述的纺丝原液中含有粘弹性改进剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张彦中，袁卉华，冯蓓，彭红菊，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31
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