遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的制備方法及驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能高分子材料領(lǐng)域，尤其涉及一種遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的制備方法及驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]形狀記憶聚合物及其復(fù)合材料作為一種可變形的智能材料在越來越多的領(lǐng)域受到了關(guān)注。這種聚合物在受到外界激勵(lì)，包括熱、光、電、磁、水、微波等激勵(lì)條件下能夠做出響應(yīng)，可以從暫時(shí)形狀、顏色、尺寸、剛度或者應(yīng)變回復(fù)到初始狀態(tài)。合適的驅(qū)動(dòng)方法對智能材料與結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用起到了關(guān)鍵的作用，不同的應(yīng)用環(huán)境可以選擇設(shè)計(jì)合理的方法進(jìn)行有效的驅(qū)動(dòng)。與其他形式的形狀記憶材料相比(形狀記憶合金和形狀記憶陶瓷等)，形狀記憶聚合物具有很多優(yōu)點(diǎn)，質(zhì)量輕、成本低、容易加工合成。正是由于形狀記憶聚合物的這些特點(diǎn)，使得其在航空航天，智能機(jī)器人、3D和4D打印器件、柔性電子器件、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、防偽商標(biāo)、密碼傳遞等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]靜電紡絲技術(shù)作為制備連續(xù)、可控形貌纖維的方法，可以將100多種聚合物紡成纖維。電紡法制備的納米纖維，由于尺寸較小具有許多優(yōu)異的性能，同時(shí)由于聚合物納米纖維膜具有比表面積高、機(jī)械性能好等特點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維、藥物和醫(yī)藥傳輸、化學(xué)和生物傳感器及納米電子器件等領(lǐng)域。電紡形狀記憶聚合物纖維膜具有質(zhì)量輕、成本低、比表面積大、相對密度低和加工容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在智能紡織、生物醫(yī)藥、組織工程、細(xì)胞支架、藥物釋放、自修復(fù)等領(lǐng)域。作為一種前沿研究領(lǐng)域，多孔的形狀記憶聚合物纖維膜展示了強(qiáng)大的應(yīng)用前景。
[0004]交變磁場作為一種可遠(yuǎn)程控制的驅(qū)動(dòng)方法被應(yīng)用到了科學(xué)領(lǐng)域的許多方面。采用磁場對智能材料進(jìn)行驅(qū)動(dòng)將會(huì)更好的發(fā)揮形狀記憶聚合物的特性及應(yīng)用范圍。四氧化三鐵具有較好的鐵磁性，在交變磁場的作用下，能夠快速的將磁能轉(zhuǎn)換成熱能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有電紡形狀記憶纖維膜只能記住兩個(gè)形狀以及由于其高轉(zhuǎn)變溫度無法將其應(yīng)用于生物體內(nèi)的問題，而提供一種遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的制備方法及驅(qū)動(dòng)方法。
[0006]本發(fā)明的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的制備方法按以下步驟進(jìn)行
[0007]—、將聚環(huán)氧乙烷溶于質(zhì)量濃度為5% Naf1n溶液中，在室溫下攪拌至聚環(huán)氧乙烷完全溶解，得到聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量濃度為0.6%?1.0%的溶液，然后向聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量濃度為0.6%?1.0 %的溶液中加入Fe3O4，攪拌至混合均勻，得到混合溶液；所述的混合溶液中Fe3O4的質(zhì)量濃度為12%?28% ;
[0008]二、將步驟一得到的混合溶液轉(zhuǎn)入注射器中，采用靜電紡絲的方法將步驟一得到的混合溶液紡成復(fù)合納米纖維膜，得到Naf1n/Fe304復(fù)合纖維膜，即多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜；所述的靜電紡絲條件為:溶液流速為lmm/min?5mm/min，紡絲電壓為16kV?30kV，接收距離為12cm?18cm。
[0009]本發(fā)明的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的驅(qū)動(dòng)方法按以下步驟進(jìn)行:
[0010]將遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜置于交變磁場中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)可控回復(fù)過程。
[0011]本發(fā)明的有益效果
[0012]本發(fā)明制備的形狀記憶復(fù)合纖維膜具有均勻的多孔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過靜電紡絲技術(shù)將磁性顆粒四氧化三鐵摻雜到形狀記憶聚合物基體中，在靜電紡絲過程中，F(xiàn)e3O4均勻分布在Naf 1n纖維上，且作為一種磁生熱的熱源使Naf 1n/Fe304復(fù)合纖維在交變磁場中實(shí)現(xiàn)多形狀記憶回復(fù)過程。同時(shí)通過交變磁場對形狀記憶復(fù)合纖維進(jìn)行快速驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明不僅解決了制備形狀記憶聚合物復(fù)合材料的技術(shù)難題，而且有效的提高了形狀回復(fù)速度，同時(shí)，因?yàn)槔w維的多孔性使膜材料的表面溫度迅速降低至體溫，這種多孔結(jié)構(gòu)的形狀記憶復(fù)合纖維膜，拓展了形狀記憶聚合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。Naf 1n/Fe304復(fù)合纖維，具有生物相容性，多孔結(jié)構(gòu)使其在生物組織工程等方面具有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明綜合快速制備和遠(yuǎn)程可控的驅(qū)動(dòng)Naf1n/FeA復(fù)合纖維的方法，可同時(shí)記憶多個(gè)形狀，彌補(bǔ)了高轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶聚合物材料不能應(yīng)用在人體的不足，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)具體如下:
[0013]1、本發(fā)明制備的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜具有穩(wěn)定的多孔纖維結(jié)構(gòu)，制備工藝簡單，過程可控。
[0014]2、本發(fā)明制備的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜具有優(yōu)異的多形狀記憶性能，而且在交變磁場驅(qū)動(dòng)下，60s可以實(shí)現(xiàn)快速回復(fù)過程。
[0015]3、本發(fā)明制備的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜具有生物相容性和形狀記憶性能優(yōu)點(diǎn)，在交變磁場驅(qū)動(dòng)下，在回復(fù)的過程中，雖然材料本身達(dá)到了轉(zhuǎn)變溫度，但材料的表面溫度在40度以下，可以實(shí)現(xiàn)在生物組織工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0016]4、本發(fā)明制備的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜可在不同的溫度下可以記憶多個(gè)形狀，通過磁場的不同強(qiáng)度達(dá)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度，實(shí)現(xiàn)形狀回復(fù)過程。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明(一)中試驗(yàn)一得到的多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的SEM圖片；
[0018]圖2為本發(fā)明(二 )中試驗(yàn)一得到的多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜在磁場驅(qū)動(dòng)下形狀回復(fù)后的纖維形貌SEM圖片；
[0019]圖3為本發(fā)明(三)中試驗(yàn)一得到的多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜在磁場驅(qū)動(dòng)下的3D形狀回復(fù)過程圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的制備方法及驅(qū)動(dòng)方法按以下步驟進(jìn)行
[0021]—、將聚環(huán)氧乙烷溶于質(zhì)量濃度為5% Naf1n溶液中，在室溫下攪拌至聚環(huán)氧乙烷完全溶解，得到聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量濃度為0.6%?1.0%的溶液，然后向聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量濃度為0.6%?1.0 %的溶液中加入Fe3O4，攪拌至混合均勻，得到混合溶液；所述的混合溶液中Fe3O4的質(zhì)量濃度為12%?28% ;
[0022]二、將步驟一得到的混合溶液轉(zhuǎn)入注射器中，采用靜電紡絲的方法將步驟一得到的混合溶液紡成復(fù)合納米纖維膜，得到Naf1n/Fe304復(fù)合纖維膜，即多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜；所述的靜電紡絲條件為:溶液流速為lmm/min?5mm/min，紡絲電壓為16kV?30kV，接收距離為12cm?18cm。
[0023]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的混合溶液中Fe3O4的質(zhì)量濃度為15%?25%。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一中所述的混合溶液中Fe3O4的質(zhì)量濃度為20 %。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一中所述的Fe3O4的粒徑為30nm?50nm。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二中采用靜電紡絲的方法將步驟一得到的混合溶液紡成復(fù)合納米纖維膜過程中的纖維直徑為500nm?800nm。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中所述的溶液流速為3mm/min。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟二中所述的紡絲電壓為23kV。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:步驟二中所述的接收距離為15cm。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式的遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的驅(qū)動(dòng)方法按以下步驟進(jìn)行:
[0031]將遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜置于交變磁場中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)可控回復(fù)過程。
[0032]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】九不同的是:交變磁場中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的輸出總功率為2kW。其他步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】九相同。
[0033]用以下試驗(yàn)來驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果
[0034]試驗(yàn)一、遠(yuǎn)程可控多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜的制備方法按以下步驟進(jìn)行
[0035]—、聚環(huán)氧乙烷溶于質(zhì)量濃度為5%的Naf1n溶液中，在室溫下攪拌至聚環(huán)氧乙烷完全溶解，得到聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量濃度為0.8%的溶液，然后向聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量濃度為0.8%的溶液中加入Fe3O4,攪拌至混合均勻，得到混合溶液；所述的混合溶液中Fe3O4的質(zhì)量濃度為15% ;
[0036]二、將步驟一得到的混合溶液轉(zhuǎn)入注射器中，采用靜電紡絲的方法將步驟一得到的混合溶液紡成復(fù)合納米纖維膜，得到Naf1n/Fe304復(fù)合纖維膜，即多形狀記憶聚合物復(fù)合纖維膜；所述的靜電紡絲條件為:溶液流速為3mm/min，紡絲電壓為30kV，接收距離為15cm0
[0037]步驟一中所述的Naf1n溶液購買自杜邦公司。
[0038]步驟一中所述的Fe3O4的粒徑為50nm。
[0039]步驟一中聚環(huán)氧乙烷分子量為9000