[發明專利]一種溶劑固化式靜電紡絲制備微納米纖維的方法

有效

• 申請號: 201310153399.2
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103194820A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 龍云澤;劉術亮;黃淵源;劉靈芝;孫彬;張紅娣;張君誠
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: D01F11/06
• 分類號: D01F11/06;D01D5/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于微納米纖維材料制備技術領域，涉及一種溶劑固化式靜電紡絲制備微納米纖維的方法，在不需要紫外光照射情況下，利用空氣中自然存在的少量水分子引發溶劑單體發生聚合反應實現微納米纖維的制備。

背景技術：

通過靜電紡絲技術制備微納米纖維材料是近十幾年來世界材料科學技術領域的最重要的學術與技術活動之一，靜電紡絲以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質種類繁多和工藝可控等優點，已成為制備微納米纖維材料的主要途徑，其制備的微納米纖維在民用、軍事等諸多領域有著廣泛的潛在應用。現有的靜電紡絲技術一般分為溶液靜電紡絲和熔融靜電紡絲兩種，其電紡纖維的固化機理分別對應于前者的溶劑揮發纖維凝固和后者的纖維溫度降低凝固。對溶液靜電紡絲而言，紡絲液的配制一般是以易揮發的有機溶劑例如乙醇、N-N二甲基甲酰胺、四氫呋喃、氯仿、丙酮等或水將有機聚合物以一定的比例進行溶解得到一定粘度的溶液，電紡過程中將該有粘度的溶液在高壓靜電場力的作用下形成射流，射流在空氣中經過劈裂、拉伸、溶劑揮發等過程形成有機聚合物組成的固態微納米纖維，最終沉積在收集極上；但是在溶液電紡過程中溶劑回收問題是目前面臨的一個挑戰，因為有將近80-90%的有機溶劑全部揮發到了空氣中，紡絲原料利用率一般只有10-20%，這不僅造成原料的極大浪費也污染了環境，中國專利200710055301.4中公開了無溶劑電紡絲法制備微納米纖維，其將靜電紡絲技術與紫外光固化技術相結合，實現了原料高效利用且無溶劑揮發，但是也存在以下缺點，一是由于紡絲溶液（包含三種組分聚丙烯酸樹脂的低聚物、活性稀釋劑和光引發劑）需要在遮光條件下攪拌處理1-20天以使溶液組分發生預聚合導致制備周期太長；二是在電紡絲過程中需要較強的紫外光進行照射使光引發劑分解產生自由基并引發預聚體聚合，使得制作過程和制備裝置較為復雜。α-氰基丙烯酸酯根據其碳鏈上碳原子的個數不同可以分為α-氰基丙烯酸甲酯、α-氰基丙烯酸乙酯、α-氰基丙烯酸正丁酯、α-氰基丙烯酸正辛酯等，是制備市售502、504、508等瞬間膠黏劑的主要成分（含量90%以上），α-氰基丙烯酸酯類單體在空氣水分子的催化作用下能夠引發單體快速的發生陰離子聚合反應，形成具有較好機械性能的聚α-氰基丙烯酸酯，從而達到對物體的高強度粘合性。因此利用α-氰基丙烯酸酯類單體的特性，尋求設計一種溶劑固化式靜電紡絲制備微納米纖維的技術工藝，具有良好的社會意義和實用價值。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種溶劑固化式靜電紡絲制備微納米纖維的方法，以實現微納米纖維的簡單、快速制備。

為了實現上述目的，本發明涉及的制備方法具體步驟包括配制紡絲溶液、安裝靜電紡絲裝置和制備微納米纖維三個步驟：

（1）配制紡絲溶液：先配制重量百分比為15-20wt%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，用電子天平稱量15克的聚甲基丙烯酸甲酯與85克的α-氰基丙烯酸酯單體放入有磁子的錐形瓶中混合，然后用保鮮膜將錐形瓶的瓶口密封，再將密封好的錐形瓶放入水浴加熱裝置中控溫55-60℃進行加熱攪拌30-120分鐘，使聚甲基丙烯酸甲酯完全溶解到α-氰基丙烯酸酯單體中配制成紡絲溶液，所用的α-氰基丙烯酸酯單體包括α-氰基丙烯酸甲酯、α-氰基丙烯酸乙酯、α-氰基丙烯酸正丁酯、α-氰基丙烯酸異丁酯和α-氰基丙烯酸正辛酯；

（2）安裝靜電紡絲裝置：所選用的靜電紡絲裝置包括高壓電源、高壓電源正極、高壓電源負極、注射器、助推器、不銹鋼針頭、電紡絲纖維和金屬收集極；將不銹鋼針頭的針尖去掉并用砂紙進行打磨，然后與注射器的端頭套接，再將第（1）步中配制的紡絲溶液放入注射器中再將注射器放到助推器上，然后再將高壓電源的高壓電源正極與不銹鋼針頭電連接，高壓電源負極與金屬收集極電連接，調節注射器上的不銹鋼針頭與金屬收集極的距離為15-20厘米，完成靜電紡絲裝置的安裝，所選用的不銹鋼針頭的內徑為0.5-3毫米，注射器的容積為10毫升的；

（3）制備微納米纖維：先打開高壓電源的開關，調節電壓為10-15千伏，再打開放有注射器的助推器，設置流量為10-30微升/分鐘，在電場力的作用下將產生電紡絲纖維并沉積在金屬收集極上，進行紡絲10-30秒后關閉電源，取下金屬收集極，在其表面上形成所制備的微納米纖維。