濕法靜電紡絲成型的探索性研究.pdf

1、靜電紡絲工藝是制備納米纖維的有效方法之一，溶液靜電紡因其設(shè)備簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛而被作為主要靜電紡絲方法。溶液靜電紡絲根據(jù)其收集介質(zhì)的不同主要分為干法和干噴濕法，尚未有文獻(xiàn)涉及真正意義上的濕法靜電紡絲。
　　羥基丁酸-羥基戊酸共聚酯(PHBV)是由微生物發(fā)酵合成的熱塑性生物聚酯，具有良好的生物可降解性、生物組織相容性及抗凝血性，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。它原料豐富，無(wú)需復(fù)雜的聚合工藝設(shè)備，是通用樹(shù)脂的替代

2、品，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。
　　本文對(duì)一種全新的濕法靜電紡絲方法進(jìn)行研究，以PHBV/氯仿為紡絲體系，分別以絕緣液體二甲基硅油、四氯化碳作為紡絲介質(zhì)及收集浴，將針頭完全浸沒(méi)于紡絲介質(zhì)中，保證纖維固化過(guò)程完全處于液體紡絲介質(zhì)中，在靜電壓下紡絲溶液射出，形成射流并固化，最終收集獲得超細(xì)纖維。
　　本文首先討論了PHBV/CHCl3紡絲溶液的各項(xiàng)物理性質(zhì)、條件參數(shù)及其對(duì)濕法靜電紡絲的影響，結(jié)果表明，可紡濃度范圍在4wt

3、％～16wt％，隨著濃度增加，粘度越大，電導(dǎo)率越大，而表面張力則變化不規(guī)律，纖維平均直徑增大;濕法特有的界面張力遠(yuǎn)小于溶液本身的表面張力，故而產(chǎn)生射流的臨界電壓遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)靜電紡絲;同時(shí)濕法的射流擾動(dòng)速度遠(yuǎn)慢于普通靜電紡絲過(guò)程;采用正負(fù)極發(fā)生器聯(lián)用，避免因距離零勢(shì)面太近所造成的紡絲接收距離不足;推進(jìn)速率對(duì)紡絲的影響比傳統(tǒng)靜電紡絲更大。且濕法靜電紡絲體系的射流內(nèi)部具有更高的電荷密度。此外，濕法靜電紡絲的凝固浴和溶劑均可回收再利用。
　

4、　濕法靜電紡絲的得到的纖維具有特殊形貌:以二甲基硅油為凝固浴時(shí)，纖維易呈扁平帶狀結(jié)構(gòu);以CCl4為凝固浴時(shí)，基本沒(méi)有產(chǎn)生帶狀形態(tài)，表面因塌縮而不平整，內(nèi)部則疏松，存在明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。PHBV潤(rùn)濕性能隨著靜電紡絲方法的不同而改變，特別是在CCl4中濕法靜電紡不成纖狀態(tài)下獲得超疏水表面。PHBV結(jié)晶能力很強(qiáng)，濕法紡絲的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)使纖維氈的結(jié)晶度和結(jié)晶規(guī)整度較普通有所下降。在力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，硅油作為凝固浴接收纖維氈的同時(shí)，纖維的斷裂伸長(zhǎng)明顯

5、增大。
　　本文以硅油為凝固浴實(shí)現(xiàn)單根靜電紡纖維的連續(xù)收集，得到纖維直徑約1μm，但由于紡絲體系電荷累積，擾動(dòng)及導(dǎo)絲均不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的靜電壓不能太高，阻礙了纖維細(xì)化，因此很難制備得到納米級(jí)的纖維單絲。
　　本文還詳盡討論了濕法靜電紡絲的成型過(guò)程。對(duì)其雙擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了模擬，得到聚合物細(xì)流進(jìn)入凝固浴初期射流內(nèi)的徑向組分變化規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚合物細(xì)流內(nèi)溶劑與凝固浴接近平衡的時(shí)間較短，沿著聚合物細(xì)流中心往外，溶劑濃度、非溶劑濃度徑

6、向形成濃度的梯度分布。同時(shí)，本文研究了PHBV/CHCl3體系在CCl4中的相分離機(jī)理，計(jì)算了三組分之間的相互作用參數(shù)及體系的雙節(jié)線(xiàn)、旋節(jié)線(xiàn)、臨界點(diǎn)，繪制并分析了體系的相圖，結(jié)果顯示濕法紡絲體系的分相過(guò)程遵循成核和生長(zhǎng)機(jī)理。但由于雙擴(kuò)散作用對(duì)體系相分離的影響，表面層在極短的時(shí)間內(nèi)先于內(nèi)部層固化形成致密的皮結(jié)構(gòu)，而內(nèi)層在外部結(jié)構(gòu)形成的情況下，雙擴(kuò)散過(guò)程受到阻礙，使纖維表皮和內(nèi)部致密化程度不同，最終形成皮芯結(jié)構(gòu)纖維。本文最后探討了濕法靜電紡