新型無溶劑靜電紡絲技術(shù)制備功能超細纖維及其應(yīng)用.pdf

1、本文首先回顧并簡要介紹了靜電紡絲制備超細纖維方法的歷史和發(fā)展?fàn)顩r，以及應(yīng)用此法制備的微納米纖維的形貌及其廣泛的應(yīng)用。同時對靜電紡絲及其過程進行了剖析，指出了目前主要的靜電紡絲手段——溶液電紡的主要問題：大量使用易燃易爆且有毒有害的有機溶劑（超過80wt％），電紡液轉(zhuǎn)化率低于20%；大量溶劑的揮發(fā)嚴(yán)重危害操作人員的健康并且造成環(huán)境污染，揮發(fā)的溶劑回收困難。熔體電紡是一種無溶劑的電紡方式，但其裝置復(fù)雜，且高溫限制了纖維的功能化。在此常規(guī)的兩

2、種電紡流程中，射流凝固成固體纖維分別依賴于溶劑的揮發(fā)和環(huán)境低溫，兩者均為物理變化過程。本文提出了在外界條件的影響下，使射流發(fā)生化學(xué)變化而凝固成纖維的方案。在此基礎(chǔ)上，提出了適應(yīng)此方案的新型靜電紡絲裝置、電紡液配置及其電紡過程，應(yīng)用此改進的電紡方案成功制備出了超細纖維，并可方便地通過調(diào)整電紡前驅(qū)液的配方而得到功能性的微納米纖維。主要的研究開發(fā)內(nèi)容簡述如下：
　　一、UV輔助固化無溶劑靜電紡絲制備微納米纖維及其應(yīng)用。
　　UV固

3、化材料是由活性低聚物、單體稀釋劑和引發(fā)劑組成的一類光敏混合物體系。由于其固化快、無溶劑揮發(fā)、環(huán)境友好等優(yōu)點，因此廣泛地應(yīng)用于涂料、油墨、粘合劑等領(lǐng)域。但UV固化材料面臨一個很大的問題是在空氣中固化時的氧阻聚現(xiàn)象。我們通過對傳統(tǒng)溶液電紡裝置進行設(shè)計、改進，以UV可固化的液體作為電紡液，將電紡噴嘴及接收極裝置置于透明箱體中，N2氣保護，箱體外輔以UV光輻照，電紡射流在“飛行”過程中受UV輻照而固化并沉積于接收極。此裝置克服了具有高比表面積的

4、電紡射流由于強烈的氧阻聚效應(yīng)而導(dǎo)致射流不固化的難題。電紡過程并無任何“溶劑”損失，電紡液幾乎100%轉(zhuǎn)化為纖維；由于電紡液為常規(guī)的UV固化體系，具有方便的配方可調(diào)整性，因而通過摻雜顏料制備了色牢度更高的微納米彩色纖維。同時嘗試摻雜導(dǎo)電微粒、磁性微粒制備了相應(yīng)的導(dǎo)電纖維和磁性纖維。
　　二、熱輔助固化無溶劑靜電紡絲制備微納米纖維及其應(yīng)用。
　　工業(yè)上的熱固化體系較多，如環(huán)氧系、聚氨酯（PU）系膠粘劑等。其中，PU的原料異氰酸酯

5、與羥基的反應(yīng)速度較快，且溫度較明顯地影響其擴鏈反應(yīng)速度,因此利用無溶劑的雙組份PU體系作為電紡液，并對電紡裝置進行改進，以適應(yīng)熱輔助固化的靜電紡絲制備PU微納米纖維?；诰郯滨サ暮铣煞椒ê蜔o溶劑電紡的設(shè)計要求，對PU電紡前驅(qū)液的合成進行了優(yōu)化，用低分子量多元醇（PTMG-500）制備預(yù)聚物及另一低分子量多元醇（PEG-400）用作擴鏈劑。擴鏈反應(yīng)進行的同時進行電紡，并通過熱輻射（~50℃）的協(xié)助下，制備出了平均直徑在25-60μm的超細

6、聚氨酯纖維。此電紡前體溶液的配方亦可方便的調(diào)整，通過引入2,2-二（羥甲基）丙酸（DMPA），部分地代替擴鏈劑PEG-400，則所電紡制備的纖維其表面具有一定程度的親水性。以此纖維為載體，進行苯胺的原位氧化聚合反應(yīng)，與未引入DMPA的纖維相比，此纖維表面易于沉積更多的PANi，進而得到了導(dǎo)電性PU/PANi復(fù)合纖維，電導(dǎo)率達10-2 S·cm-1。與UV輔助電紡相似，熱輔助電紡亦是一種無溶劑的環(huán)保型制備超細纖維的方法，便于制造各種基于P