- 靜電紡絲/近場直寫技術(shù)
同軸靜電紡絲技術(shù)
同軸靜電紡絲
同軸靜電紡絲可以制備殼核結(jié)構(gòu)的各種形貌的納米纖維,如帶狀纖維,中空纖維,管套線納米纖維等。 若將內(nèi)層纖維通過萃取或煅燒的方式除去,可得到多孔結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)、甚至多通道結(jié)構(gòu)的纖維。
同軸纖維與單一成分的纖維相比,有許多優(yōu)點(diǎn),具有更好的應(yīng)用前景。首先,解決了某些不可紡聚合物的納米纖維的制備難題,將難紡和不能紡的聚合物作為芯層,把紡絲性能好的材料作為殼層,在殼層溶液的作用下芯層難紡的聚合物可以被紡成納米纖維,如聚苯胺PANi-聚乙烯醇同軸共紡;其次將不相容的兩相或多相溶液分別注入同軸噴頭,能夠?qū)⒉煌锢韺傩院突瘜W(xué)屬性的兩種或多種原料制備出一體化的纖維,可以調(diào)整、修改、重構(gòu)、摻雜和功能化芯層材料。這些都將賦予終端產(chǎn)品更豐富的應(yīng)用。
1. 制備中空纖維:通過同軸靜電紡絲制備出具有殼核結(jié)構(gòu)的納米纖維,再用溶劑萃取或高溫煅燒將核層材料除去,就可以得到具有中空結(jié)構(gòu)的納米纖維。利用靜電紡絲法制備的中空纖維壁厚可控,適用的材料很多,應(yīng)用非常廣泛。常用的內(nèi)層犧牲層的材料包括礦物油、甲基硅油、以及一些可以通過煅燒或溶劑萃取除去的材料。
2. 內(nèi)、外層材料的互溶性:有些研究人員認(rèn)為內(nèi)外不互溶或互溶性小,比如內(nèi)外層液體能形成水包油或油包水的結(jié)構(gòu),才能形成同軸纖維。然而實(shí)驗(yàn)表明,兩種相溶的溶液仍然能夠進(jìn)行同軸紡絲。例如,內(nèi)外層溶劑都采用DMF的時(shí)候,可以形成內(nèi)外結(jié)合良好的同軸纖維,如果通過煅燒或萃取除去其中一種材料,還易于形成具有多孔結(jié)構(gòu)的同軸纖維。
3. 同軸噴頭的制作:為了使噴頭噴口處更有利于形成泰勒錐,根據(jù)相關(guān)用戶的經(jīng)驗(yàn),可以將內(nèi)層針頭和外層針頭的長度設(shè)置一定的長度差,如1-2mm。根據(jù)使用需求,通力微納可以提供內(nèi)外層不同的長度差,具體數(shù)值均可以指定。
4. 內(nèi)外層液體的流速:內(nèi)外層溶液的流動(dòng)均由獨(dú)立連接的微量泵控制,內(nèi)外層可以設(shè)定不一樣的流量、流速。流速設(shè)定主要根據(jù)不同的溶液粘度確定。一般來講,外層溶液的流速應(yīng)大于內(nèi)層溶液的流速,才容易形成包覆結(jié)構(gòu)。
5. 內(nèi)外層聚合物分子量和濃度的確定:一般來講,作為驅(qū)動(dòng)液的外層紡絲液要具有足夠的粘度才容易帶動(dòng)內(nèi)層紡絲液的流動(dòng),也就是說兩層溶液之間的粘性應(yīng)力要足以克服兩種溶液間的界面張力,才能使得內(nèi)外可以同時(shí)形成纖維。因此,內(nèi)層聚合物應(yīng)盡可能使用分子量比較小的聚合物,采用相對低一點(diǎn)的濃度;而外層聚合物則選擇相對分子量大一點(diǎn)的聚合物,高一點(diǎn)的濃度和粘度,才易于形成同軸結(jié)構(gòu)。
6. 文獻(xiàn)常見的同軸纖維組合:在下列基本配方的基礎(chǔ)上,可以任意添加其他功能性材料在內(nèi)層或外層紡絲液中,得到各種不同應(yīng)用方向的復(fù)合材料。
注:下表內(nèi)容來源于不同的文獻(xiàn)資料,僅供參考。
內(nèi)層 |
溶劑 |
外層 |
溶劑 |
PAN |
DMF |
甲基硅油 |
|
PVP |
DMF |
礦物油 |
|
PAN |
DMF |
PVP |
DMF |
PAN |
DMF |
PMMA |
DMF |
PAN |
DMF |
氧化石墨烯 |
DMF |
PVA |
水 |
膠原蛋白乙酸溶液 |
水 |
PVA |
水 |
PVA+殼聚糖 |
水 |
PCL |
DMF |
PVP |
乙醇 |
PCL |
|
PEO+PVA |
|
PCL |
|
PVDF-HFP 聚偏氟乙烯-六氟乙烯 |
|
透明質(zhì)酸 HA |
甲酸:六氟異丙醇=1:2 |
PLA+PCL |
六氟異丙醇 |
PLGA |
四氫呋喃:DMF=3:2 |
PEO |
乙醇+水 |
PLGA |
氯仿:DMF=4:1 |
PVP |
DMF:EtOH=1:4 |
PVDF, 18% |
|
PEI, 22% |
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聚乳酸-羥基乙酸共聚物,PLGA |
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PVP+PLGA |
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可降解聚羥基丁酸PHB |
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聚DL-乳酸 |
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PS/DMF |
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PAN/DMF |
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PLLA, Mw 20000 |
六氟異丙醇 |
PA6 |
六氟異丙醇 |
膠原蛋白 8%wt |
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TPU |
|
PLA |
|
PVA |
|
膠原 |
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聚己內(nèi)酯 |
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聚苯乙烯 PS |
DMF |
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再生絲素蛋白水溶液 |
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去離子水 |
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