[发明专利]一种使用三级同轴电纺制备超吸水芯鞘结构纳米纤维的方法

说明书

本发明提供一种使用三级同轴电纺制备超吸水芯鞘结构纳米纤维的方法，属于纳米纤维技术领域，超吸水芯鞘结构纳米纤维通过分别将聚苯乙烯、聚丙烯酸和聚己内酯加入至三氯甲烷和N,N‑二甲基甲酰胺混合溶液中，并将三种聚合物溶液分别作为支撑层、吸水层和保护层的工作液体采用三级同轴静电纺丝工艺制备而成，制备得到的超吸水芯鞘结构纳米纤维既有吸收大量液体的功效，又能够在吸水后保持纤维膜形态；工艺流程简单、成本低廉，纤维形貌可控且无需后处理，超吸水芯鞘结构纳米纤维中的支撑层、吸水层和保护层所采用的聚合物均可由其他合适的聚合物进行替代，聚合物选择多样，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米纤维技术领域，尤其涉及一种使用三级同轴电纺制备超吸水芯鞘结构纳米纤维的方法。

背景技术

现有超吸水纤维的制备方法多为传统的溶液纺丝和熔体纺丝，纤维直径多为微米级。传统溶液纺丝和熔体纺丝存在的主要缺点包括：干法纺丝技术难度较大、生产成本较高；湿法纺丝工艺流程复杂纺丝速度低；干湿法纺丝过程的连续性较差；熔体纺丝对聚合物的要求较高等。此外，部分超吸水纤维的制备过程需要在纺丝后对纤维进行进一步改性，因此制备工艺较为繁琐。相较于这些不足，静电纺丝法的装置简单、成本低廉且可纺种类繁多、工艺可控，已经成为有效制备纳米纤维材料的主要方法之一。随着静电纺丝技术的发展，同时处理多种工作流体、调控基材的组成与结构、一步制备具有复杂结构的功能纳米纤维也已经成为可能。

现有制备超吸水纤维的专利主要有：广东必得福医卫科技股份有限公司公开号为CN115595794A的专利，以聚丙烯为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得聚丙烯纤维作为支撑芯层，紫外诱导自由基聚合反应使丙烯酸生长聚合在聚丙烯纤维表面形成超吸水皮层从而获得高机械性能超吸水纤维。

中国专利申请CN1664189A公开了一种超吸水纤维工艺方法，采用丙稀酸系共聚共混体，先形成聚合物原液，然后进行干法纺丝和热交联得到超吸水纤维。上述两个公开专利中的制备方法相较于本发明的制备流程更复杂繁琐，需要在纺丝结束后再进行聚合、交联等后处理，才能得到超吸水纤维，且纤维直径较大、吸水性能较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用三级同轴电纺制备超吸水芯鞘结构纳米纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：量取三氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺加入至第一螺口锥形瓶中，再称取干燥的聚苯乙烯颗粒加入至第一螺口锥形瓶中，最后通过磁力搅拌器搅拌，得到澄清透明且均匀的第一聚合物溶液，放置于一旁备用；

S2：量取三氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺加入至第二螺口锥形瓶中，再称取聚丙烯酸粉末加入至第二螺口锥形瓶中，最后通过磁力搅拌器搅拌，得到澄清透明且均匀的第二聚合物溶液；

S3：量取三氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺加入至第三螺口锥形瓶中，再称取聚己内酯颗粒加入至第三螺口锥形瓶中，最后通过磁力搅拌器搅拌，得到澄清透明且均匀的第三聚合物溶液；

S4：采用三级同轴静电纺丝工艺，利用注射器分别收取第一聚合物溶液、第二聚合物溶液和第三聚合物溶液，并分别将第一聚合物溶液、第二聚合物溶液和第三聚合物溶液放置于支撑层、吸水层和保护层的推进泵内，采用铝箔包裹的硬纸盒作为接收器，纺丝得到具有超吸水性的纳米纤维。

进一步地，S1-S3中，三氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺皆分别量取10-40mL，聚苯乙烯、聚丙烯酸和聚己内酯的称取质量皆为0.5-5.0g。

进一步地，S1中，三氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺分别量取20mL和30mL；S2中，三氯甲烷和N,N二甲基甲酰胺分别量取15mL和35mL，S3中，三氯甲烷和N,N二甲基甲酰胺分别量取40mL和10mL；S1-S3中，聚苯乙烯、聚丙烯酸和聚己内酯的称取质量皆为0.5-2.0g。

进一步地，S1-S3中，通过将磁转子放入螺口锥形瓶内，并将螺口锥形瓶放置于磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌时间为12-24h。