專利名稱：一種聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電紡絲液制備方法，屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚乙烯醇(PVA)在常溫下化學性能穩(wěn)定，且具有優(yōu)良的物理力學性能及加工性能。隨著人們對納米材料研究的進一步深入，以靜電紡技術(shù)制備的聚乙烯醇納米纖維已應(yīng)用于過慮材料、生物醫(yī)學工程材料領(lǐng)域。如何改善紡絲液和紡絲工藝以保證靜電紡絲的連續(xù)進行及獲得直徑更細、直徑分布更窄的紡絲纖維是目前研究的熱點。傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡技術(shù)對紡絲液有較高的要求，特別是紡絲液的粘度對靜電紡絲纖維的直徑的大小及紡絲能否順利進行有關(guān)鍵的影響，另一方面，傳統(tǒng)靜電紡中需要紡絲噴嘴，由于噴嘴的口徑很小(直徑0. 4mm-0. 8mm)，在紡絲過程中由于溶劑的揮發(fā)極易堵塞，而無法實現(xiàn)連續(xù)紡絲。同時傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡絲中纖維的直徑與分布的控制也受到一定的技術(shù)限制。但傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡突出的優(yōu)點在于對纖維接收方式、接收位置的控制。為克服傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡技術(shù)的不足，已經(jīng)發(fā)展了多種靜電紡方法，其中泡泡紡引起了較為廣泛的關(guān)注，也從原理上克服了靜電紡對紡絲液粘度的要求，同時不需要噴嘴，能獲得更小直徑的紡絲纖維。泡泡紡中影響紡絲液的可紡性和紡絲纖維直徑的主要因素是紡絲液的表面張力。影響表面張力的大小的不是紡絲液的粘度而是泡泡的大小。泡泡越小，表面張力越小，只需要相對較低的電壓就能實現(xiàn)靜電紡，纖維的直徑也具有更好的可控性。但泡泡紡也有其自身的缺點，液面上的泡泡在電場力的作用下實現(xiàn)紡絲，紡絲纖維自下而上的飛行到達收集板，較難以實現(xiàn)對紡絲纖維接收方式、接收位置的控制。傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡技術(shù)中使用的紡絲液的缺點是紡絲液的粘度、表面張力和導電率對靜電紡絲纖維直徑的大小及紡絲能否順利進行有關(guān)鍵的影響，當粘度較高時，需要較高的靜電紡電壓才能實現(xiàn)紡絲。目前，能結(jié)合傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡與泡泡紡的優(yōu)點，克服彼此的缺點，在傳統(tǒng)的具有噴嘴的靜電紡絲設(shè)備上實現(xiàn)泡泡紡的聚乙烯醇靜電紡絲液還沒有見到報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服具有紡絲噴嘴的靜電紡絲技術(shù)中使用的紡絲液與無紡絲噴嘴的泡泡紡技術(shù)的不足，又能集中兩種紡絲技術(shù)的優(yōu)點，提供一種操作簡單，能更好的控制紡絲直徑，具有良好紡絲性能的新的聚乙烯醇靜電紡絲液的制備方法。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是將聚乙烯醇溶解于溶劑中，在經(jīng)過膨化處理，得到膨化狀態(tài)的靜電紡絲液。
本發(fā)明聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法，即對現(xiàn)有用于靜電紡的聚乙烯醇溶液進行復合、膨化的工藝處理，包括如下步驟 (1)將聚乙烯醇顆?；旌嫌谡麴s水中，于室溫以0. 5°C /min-2°C /min的速度加熱到70°C _981:，磁攪拌3-6小時使其充分溶解，獲得濃度為5wt% _15wt%的均勻的聚乙烯醇溶液； (2)將上述所獲得的聚乙烯醇溶液在室溫環(huán)境中自然冷卻到15°C -25t:，再添加溶液質(zhì)量3wt% _20^%的碳酸氫氨攪拌使其溶解，獲得含有3wt% _20^%的碳酸氫氨的復合聚乙烯醇溶液； (3)將(2)步驟中獲得的復合聚乙烯醇溶液置于30°C -e(TC的水浴中，采用1000轉(zhuǎn)/min-4000轉(zhuǎn)/min的機械攪拌處理30min-120min對復合聚乙烯醇溶液進行膨化處理，獲得體積為膨化前聚乙烯醇紡絲液體積的2-6倍的均勻膨化聚乙烯醇紡絲液。
所述獲得均勻的膨化聚乙烯醇紡絲液的體積為膨化前聚乙烯醇紡絲液體積的2-6倍。 由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明膨化狀態(tài)的聚乙烯醇靜電紡絲液的制備方法有效的將聚乙烯醇靜電紡絲液的粘性體轉(zhuǎn)化為膨化體，消除了未膨化的紡絲液在具有噴嘴的靜電紡設(shè)備上紡絲時，紡絲液粘度對電紡性的影響，而使膨化體紡絲液中泡泡的大小和泡泡的均勻性成為紡絲液電紡性的影響因素。 以本發(fā)明的靜電紡絲液制備方法制備的膨化聚乙烯醇靜電紡絲液，紡絲液中泡泡的大小和泡泡大小的均勻性具有良好的可控性。膨化劑碳酸氫氨的引入不會對靜電紡纖維產(chǎn)生任何污染。膨化聚乙烯醇紡絲液在具有噴嘴的靜電紡設(shè)備上實現(xiàn)了泡泡紡，消除了對聚乙烯醇紡絲液粘度的要求，提高了對聚乙烯醇靜電紡纖維直徑的大小及分布的可控性，可紡出更小直徑的聚乙烯醇纖維。保留了具有噴嘴的靜電紡中紡絲纖維接收方式、接收位置的可控特性，同時消除了靜電紡過程中噴頭堵塞現(xiàn)象。本發(fā)明的聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法簡單、操作方便、成本低廉，而經(jīng)過復合和膨化處理后的聚乙烯醇靜電紡絲液在具有紡絲噴嘴的靜電紡絲設(shè)備上實現(xiàn)泡泡紡。


圖1為實施例一方案制備的聚乙烯醇靜電紡絲液溶液用于靜電紡獲得的聚乙烯醇纖維的掃描電鏡圖； 圖2為實施例二方案制備的聚乙烯醇靜電紡絲液溶液用于靜電紡獲得的聚乙烯醇纖維的掃描電鏡圖； 圖3為實施例三方案制備的聚乙烯醇靜電紡絲液溶液用于靜電紡獲得的聚乙烯醇纖維的掃描電鏡具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的闡述
實施例一 在本實施例中配制低濃度、低膨化率的紡絲液。具體加工步驟如下 (1)將平均分子量為8000的聚乙烯醇顆?；旌嫌谡麴s水中，于室溫2°C /min緩慢
加熱到98。C，攪拌3小時使其充分溶解，獲得濃度為5wt^的均勻的聚乙烯醇溶液； (2)將步驟(2)中獲得的復合聚乙烯醇溶液在室溫環(huán)境中自然冷卻到2(TC，再添
加溶液質(zhì)量3wt^的碳酸氫氨攪拌使其溶解，獲得含有3wt^的碳酸氫氨的復合聚乙烯醇
溶液； (3)將(2)步驟中獲得的復合聚乙烯醇溶液置于3(TC的水浴中，采用2000轉(zhuǎn)/min的機械攪拌處理120min對復合聚乙烯醇溶液進行膨化處理，獲得體積為膨化前聚乙烯醇紡絲液體積的2倍的均勻膨化聚乙烯醇紡絲液。 將獲得的經(jīng)復合和膨化處理的聚乙烯醇紡絲液吸入靜電紡用注射器桶內(nèi)，紡絲溫 度為室溫，紡絲液輸出流量為0. 5ml/小時，高壓電源的輸出電壓為20kV，接收屏到噴絲頭 之間的距離為10cm，靜電紡絲過程穩(wěn)定，沒有噴絲頭堵塞現(xiàn)象發(fā)生，收集屏上有白色的聚乙 烯醇纖維膜形成。在接收屏上收集到的聚乙烯醇(PVA)纖維的直徑為100nm，如圖l，本實 例中聚乙烯醇溶液的濃度為5wt% ，濃度低，粘度小，加入的碳酸氫氨的比例為3wt% ，水浴 溫度較低，30°C ，碳酸氫氨分解放出氣體速度較慢，所以獲得的膨化體泡泡較小，泡泡的膜 較薄，泡泡的表面張力也較小，靜電場需要克服的表面張力也較小，組成泡泡的膜獲得了較 大的牽伸，所以獲得的靜電紡纖維直徑較小，達到lOOnm。
實施例二 在本實施例中配制較高濃度和較高膨化率的紡絲液。具體加工步驟如下
(1)將平均分子量為8000的聚乙烯醇顆?；旌嫌谒?，于室溫1. 5°C /min緩慢加 熱到9『C，攪拌5小時使其充分溶解，獲得濃度為10wt^的無色透明的聚乙烯醇溶液；
(2)將步驟(1)中獲得的聚乙烯醇溶液在室溫環(huán)境中自然冷卻到25t:，再添加溶 液質(zhì)量15wt^的碳酸氫氨攪拌使其溶解；獲得含有15wt^的碳酸氫氨的復合聚乙烯醇溶 液； (3)將步驟(2)中獲得的溶液于45 °C的恒溫水浴中3000轉(zhuǎn)/min的機械攪拌 60min，實現(xiàn)紡絲液的膨化處理，獲得體積為膨化前聚乙烯醇紡絲液體積的4倍的均勻膨化 聚乙烯醇紡絲液。 將獲得的經(jīng)復合和膨化處理的聚乙烯醇紡絲液吸入靜電紡用注射器桶內(nèi)，紡絲溫 度為室溫，紡絲液輸出流量為0. 5ml/小時，高壓電源的輸出電壓為20kV，接收屏到噴絲頭 之間的距離為10cm，靜電紡絲過程穩(wěn)定，沒有噴絲頭堵塞現(xiàn)象發(fā)生，收集屏上有白色的聚乙 烯醇纖維膜形成，在接收屏上收集到的聚乙烯醇(PVA)纖維的直徑為300nm。如圖2。本實 例中聚乙烯醇溶液的濃度為10wt^，濃度較高，粘度較大，加入的碳酸氫氨的比例為15%， 水浴溫度45°C ，碳酸氫氨分解放出氣體速度較快，所以獲得的膨化體泡泡較大，泡泡的膜較 厚，泡泡的表面張力也增大，靜電場需要克服的表面張力也較大，組成泡泡的膜獲得了較小 的牽伸，所以獲得的靜電紡聚乙烯醇纖維直徑較大，達到300nm。
實施例三 在本實施例中配制高濃度、高膨化率的紡絲液。具體加工步驟如下
(1)將平均分子量為8000的聚乙烯醇顆?；旌嫌谒?，于室溫0. 5°C /min緩慢加 熱到9『C，攪拌6小時使其充分溶解，獲得濃度為15%的無色透明的聚乙烯醇溶液；
(2)在步驟(1)中獲得的聚乙烯醇溶液在室溫環(huán)境中自然冷卻到15t:，再添加溶 液質(zhì)量20wt^的碳酸氫氨攪拌使其溶解；獲得含有20wt^的碳酸氫氨的復合聚乙烯醇溶 液； (3)將步驟(2)中獲得的溶液于60 °C的恒溫水浴中4000轉(zhuǎn)/min的機械攪拌 30min，實現(xiàn)紡絲液的膨化處理，獲得體積為膨化前聚乙烯醇紡絲液體積的6倍的均勻膨化 聚乙烯醇紡絲液。 將獲得的經(jīng)復合和膨化處理的聚乙烯醇紡絲液吸入靜電紡用注射器桶內(nèi)，紡絲溫 度為室溫，紡絲液輸出流量為0. 5ml/小時，高壓電源的輸出電壓為20kV，接收屏到噴絲頭之間的距離為10cm，靜電紡絲過程穩(wěn)定，沒有噴絲頭堵塞現(xiàn)象發(fā)生，收集屏上有白色的聚 乙烯醇纖維膜形成，在接收屏上收集到的聚乙烯醇(PVA)纖維的直徑為200nm，如圖3。本 實例中聚乙烯醇溶液的濃度為15wt% ，濃度較高，粘度較大，加入的碳酸氫氨的比例高，為 20wt % ，水浴溫度60°C ，碳酸氫氨分解放出氣體速度快，分解產(chǎn)生的氣體量大，相應(yīng)的采取 了高速機械攪拌，原高粘度的聚乙烯醇溶液得到了有效的膨化，膨化體中泡泡較小，泡泡的 膜較薄，泡泡的表面張力較小，靜電場需要克服的表面張力也小，組成泡泡的膜獲得了較大 的牽伸，獲得的靜電紡聚乙烯醇纖維直徑較小，達到200nm。 綜上三個實施例，制備膨化的靜電紡絲液中，聚乙烯醇紡絲液的濃度，膨化劑碳酸 氫氨的加入量，水浴溫度，攪拌速度及時間都對所獲得的膨化靜電紡絲液的靜電紡纖維直 徑的大小有影響。通過比較實施例的結(jié)果，如果需要獲得更小直徑的聚乙烯醇纖維，實施例 一的制備方法所生產(chǎn)的紡絲液為最佳方案。
權(quán)利要求
一種聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法，包括將聚乙烯醇顆?；旌嫌谡麴s水中，于室溫以0.5℃/min-2℃/min的速度加熱到70℃-98℃，磁攪拌3-6小時使其充分溶解，獲得濃度為5wt％-15wt％的均勻的聚乙烯醇溶液，其特征在于將上述所獲得的聚乙烯醇溶液再按以下步驟處理(1)將上述所獲得的聚乙烯醇溶液在室溫環(huán)境中自然冷卻到15℃-25℃，再添加溶液質(zhì)量3wt％-20wt％的碳酸氫氨攪拌使其溶解，獲得含有3wt％-20wt％的碳酸氫氨的復合聚乙烯醇溶液；(2)將(1)步驟中獲得的復合聚乙烯醇溶液置于30℃-60℃的水浴中，采用1000轉(zhuǎn)/min-4000轉(zhuǎn)/min的機械攪拌處理30min-120min對復合聚乙烯醇溶液進行膨化處理，獲得均勻的膨化聚乙烯醇紡絲液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法，其特征在于所述獲得均勻的膨化聚乙烯醇紡絲液的體積為膨化前聚乙烯醇紡絲液體積的2-6倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高分子靜電紡絲液的制備，特別涉及一種聚乙烯醇靜電紡絲液的制備方法。本發(fā)明聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法，即對現(xiàn)有用于靜電紡的聚乙烯醇溶液進行復合、膨化的工藝處理。膨化狀態(tài)的聚乙烯醇靜電紡絲液的制備方法有效的將聚乙烯醇靜電紡絲液的粘性體轉(zhuǎn)化為膨化體，消除了未膨化的紡絲液在具有噴嘴的靜電紡設(shè)備上紡絲時，紡絲液粘度對電紡性的影響，而使膨化體紡絲液中泡泡的大小和泡泡的均勻性成為紡絲液電紡性的影響因素。本發(fā)明的聚乙烯醇靜電紡絲溶液的制備方法簡單、操作方便、成本低廉，而經(jīng)過復合和膨化處理后的聚乙烯醇靜電紡絲液在具有紡絲噴嘴的靜電紡絲設(shè)備上實現(xiàn)泡泡紡。
文檔編號D01D5/00GK101724917SQ20091027304
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者劉欣, 葉紋祥, 崔衛(wèi)鋼, 徐衛(wèi)林, 李文斌, 柏自奎, 梁桂杰 申請人:武漢科技學院