一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法，包括以下步驟：以聚苯乙烯基磺酸鈉（PNaSS）作為陽離子交換單元，以PVA作為陽離子交換單元的基質(zhì)，配制陽離子紡絲液；以聚4-乙烯基吡啶（P4VP）作為陰離子交換單元，以PVA作為陰離子交換單元的基質(zhì)，配制陰離子紡絲液；通過精確控制收集器速度以及陽離子和陰離子的紡絲液密度、共混聚合密度、溶液質(zhì)量密度、注射泵速率、從泰勒錐中噴射出的射流束的個數(shù)，從而精確控制帶復(fù)合納米纖維的平均直徑。
【專利說明】一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，特別涉及一種共軛電紡法精確控制復(fù)合納米纖維直徑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米纖維作為一種納米級材料，由于其尺寸較少而具有許多新穎的性質(zhì)，如高比表面積、很強的活性、低孔隙率、不同納米層級之間的自由組裝等。近幾年，靜電紡絲法已經(jīng)被用來制備聚合物納米纖維，這種方法不僅高效且低廉。它的過程是通過在電場下，控制聚合物納米纖維的形成和沉積，得到直徑從納米級到微米級的電紡纖維。但是，為了提高其在薄膜產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，特別是提高納米纖維薄膜的機械強度和結(jié)構(gòu)這兩方面，存在許多技術(shù)問題需要解決，例如，精確控制纖維尺寸和納米纖維的取向分布。在纖維取向性方面，改造收集裝置和外加附加電場是兩種主要得到纖維取向分布的方法。Fennessey和Farrisshowed發(fā)現(xiàn)把手機裝置由導(dǎo)電平板換成一個高速旋轉(zhuǎn)的滾筒，可以得到取向性很好地纖維分布。Kim等設(shè)計了一個由兩塊導(dǎo)電隔板組成的中間有空隙的的收集裝置，結(jié)果收集到的納米纖維沿著空隙的方向形成取向分布。然而，考慮到精確控制纖維尺寸方面，進展十分緩慢。在單針頭靜電紡絲系統(tǒng)中，由于帶電射流在電場力的作用下被拉向收集器，即沿著電場力的方向，加速形成納米纖維。然而，由于空氣阻力和溶劑的蒸發(fā)，射流的路徑是不穩(wěn)定和隨機的。因此，對電紡過程中納米纖維直徑的精確控制一直以來是限制靜電紡絲產(chǎn)業(yè)化的重要因素。納米纖維直徑和操作參數(shù)之間很難建立精確地數(shù)學(xué)關(guān)系，目前為止只有依靠一些經(jīng)驗公式，例如，Deitzel等提出的經(jīng)驗公式D=.^和Baumgarten提出的D'/η，這里D為納
米纖維平均直徑，C和η分別為聚合物溶液的濃度和粘度，且這些經(jīng)驗公式一般用于單針頭電紡。當(dāng)帶電射流通過電場加速時，由于空氣阻力的影響，使得射流極其不穩(wěn)定且不可預(yù)測，最終造成難以對納米纖維直徑進行精確控制。
[0003] 相反的，這些弊端在共軛紡絲中不會出現(xiàn)，帶相反電荷的兩股射流在復(fù)合時電荷互相抵消，然后合并為一條射流，由于其不帶電，故不受電場力作用，僅在重力作用下下沉。當(dāng)其被滾筒捕獲到時，其速度由滾筒控制。因此，共軛法靜電紡絲提供了一種對納米纖維直徑進行精確控制的模型。Li和Yao發(fā)明了一種新型的共軛電紡方法。在這種方法中，兩個帶相反極性的注射器面對面的放置，然后分別注入PLLA和n-TCP溶液，進行電紡得到連續(xù)的納米長紗。與傳統(tǒng)的單針頭裝置相比，這種裝置有幾個特殊的地方，例如，電場強度分布、正反電荷的相互作用、射流軌跡的變化等。從理論上來說，由于從不同針管出來的射流帶有相反的電荷，所以兩股射流會相互吸引且最終在空中運動過程中合并在一起形成復(fù)合纖維。此外，復(fù)合纖維由于電荷相互中和和速度相互抵消，變?yōu)椴粠щ姷摹⑺俣葹榱愕纳淞?，所以?fù)合纖維在電場下將轉(zhuǎn)化為簡單的依靠重力的運動。這種形式的納米纖維形成過程類似于工業(yè)上聚對苯二甲酯乙二醇酯(PET)通過熔融紡絲形成的纖維。因此，這種共軛電紡提供一種電紡工業(yè)化的可行性，例如，首先形成復(fù)合的納米纖維，然后當(dāng)滾筒在取向收集納米纖維時，通過改變滾筒轉(zhuǎn)速來控制纖維直徑。然而，僅通過滾筒單一參數(shù)并不能很精確的控制纖維直徑，制得的納米纖維質(zhì)量并不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法，包括以下步驟:以聚苯乙烯基磺酸鈉(PNaSS)作為陽離子交換單元，以PVA作為陽離子交換單元的基質(zhì)，配制陽離子紡絲液；以聚4-乙烯基吡啶(P4VP)作為陰離子交換單元，以PVA作為陰離子交換單元的基質(zhì)，配制陰離子紡絲液；通過精確控制收集器速度以及陽離子和陰離子的紡絲液密度、共混聚合密度、溶液質(zhì)量密度、注射泵速率、從泰勒錐中噴射出的射流束的個數(shù)，從而精確控制復(fù)合納米纖維平均直徑。
[0006]作為優(yōu)選，復(fù)合納米纖維平均直徑通過公式(I)精確控制:
【權(quán)利要求】
1.一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法，其特征在于:包括以下步驟:以聚苯乙烯基磺酸鈉(PNaSS)作為陽離子交換單元，以PVA作為陽離子交換單元的基質(zhì)，配制陽離子紡絲液；以聚4-乙烯基吡啶(P4VP)作為陰離子交換單元，以PVA作為陰離子交換單元的基質(zhì)，配制陰離子紡絲液；通過精確控制收集器速度以及陽離子和陰離子的紡絲液密度、共混聚合密度、溶液質(zhì)量密度、注射泵速率、從泰勒錐中噴射出的射流束的個數(shù)，從而精確控制復(fù)合納米纖維的平均直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法，其特征在于:復(fù)合納米纖維平均直徑通過公式(I)精確控制:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在共軛電紡法下對復(fù)合納米纖維直徑精確控制的方法， 其特征在于:復(fù)合納米纖維平均直徑通過公式(I)精確控制:
【文檔編號】D01F8/10GK103952793SQ201410032195
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】倪恨美, 陳雨露, 吳敏, 陳國霞 申請人:東南大學(xué)