[发明专利]一种可控直径聚乙烯醇纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可控均匀直径聚乙烯醇纳米纤维静电纺丝及其制备方法。本发明的方法不需添加任何填料，溶剂环保无毒性，制备得到的纤维表面光滑，无珠状和分支形貌。本发明的方法只是通过单一控制静电纺丝工艺参数就能够获得纳米纤维直径在100‑400纳米之间的均匀纤维。本发明的制备方法适合于很多生物医药和过滤防护产品的应用领域。

技术领域

本发明属于静电纺丝纳米纤维领域，具体涉及一种可控直径聚乙烯醇纳米纤维及其制备方法。

背景技术

纳米纤维的制备有多种方法，包括拉伸、相分离、模板合成、自组装和静电纺丝等。拉伸是用微操作器将直径为几微米的微吸管浸入液滴中，将微吸管从液体中抽出并以约1×10^-4m·s^-1的速度移动后，将抽出纳米纤维。纳米纤维的拉伸可以在一个液滴上重复，从而产生许多纤维，此方法的缺点是工艺过程不连续。模板合成工艺是使用模具生产所需纳米纤维。模板合成的原理是在膜孔中加入聚合物溶液。对于纳米纤维生产，模板是具有均匀厚度的纳米尺度孔径的氧化铝膜。聚合物溶液将在一侧受到水压，并受到多孔膜、挤压和与固化溶液接触的限制。在这个过程中，纳米纤维的直径将由孔隙决定，此方法不能制备连续纤维。相分离是高分子科学中的一个常见概念，被应用于聚合物纳米纤维的生产。相分离的概念依赖于两个或多个流动组分的混合物，由于它们的表面张力不同而分离成不同的相。首先将聚合物与溶剂混合以得到凝胶网络和溶剂相，溶剂被提取出来，留下固相。使用此方法可以制备聚乳酸(PLLA)纳米纤维，其主要步骤包括聚合物溶解、凝胶化和溶剂萃取，此方法仅适合于特定的聚合物。自组装是一种由分子控制组合而成的普遍的构造方法。因此，这种自组装可以用于从更小的分子中生产纳米纤维。自组装的机理是分子间的作用力使较小的分子聚集在一起，小分子的形状决定了大分子纳米纤维的形状，此方法的过程比较复杂。

静电纺丝的第一个例子出现在20世纪，是从熔融的密封蜡中电纺纤维。静电纺丝是利用静电力生产聚合物长丝的方法。其机理主要是由电场产生液体射流，通常，静电纺丝通过聚合物熔体或聚合物溶液的带电喷射产生纳米纤维。选择合适的溶剂溶解聚合物进行静电纺丝，同时需要足够快的蒸发速度。溶液的表面张力和粘度必须在一定范围内才能形成电纺纤维。聚合物在静电纺丝前需要溶解在一些合适的溶剂中，可在高温下熔化的聚合物也可电纺成纳米纤维。在上述所有纳米纤维加工技术中，静电纺丝技术是唯一一种可以进一步发展的成功方法，可用于从各种聚合物大规模生产连续纳米纤维。由于施加在聚合物溶液上的高电场力，它产生的纤维直径小，因此纳米纤维结构具有非常大的表面积与体积比，适合于很多生物医药和过滤防护产品等应用领域。

聚合物溶液在静电纺丝并转化为纳米纤维的过程中会受到静电纺丝工艺参数的影响，从而影响和决定纳米纤维的形态。这些参数包括：(a)溶液性质，如浓度、粘度、表面张力、电导率等；(b)实验设置参数，如溶液流速、针尖施加电压、针尖与收集目标之间的距离；(c)环境参数，如溶液温度、湿度，以及静电纺丝室中的空气速度。值得注意的是，上述参数对静电纺丝过程和纤维形态的影响是相互依赖的，而不是独立的。