[發(fā)明專利]一種規(guī)模化無溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法

有效

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• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN105220244B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龍云澤;何宏偉;張麗華;王樂;段曉鵬;董瑞華;秦崇崇;趙惠;夏臨華
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學
• 主分類號: D01D1/02
• 分類號: D01D1/02;D01D5/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務(wù)所有限公司37105
• 代理人: 王汝銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種規(guī)模化無溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

靜電紡絲技術(shù)作為一種簡單有效制備微/納米纖維的方法。不僅可以制備均勻連續(xù)一維纖維，而且制備各種形貌和結(jié)構(gòu)特征的微/納米纖維，但是隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對環(huán)境保護和大規(guī)模生產(chǎn)越來越重視。傳統(tǒng)靜電紡絲在制備微/納米纖維的前驅(qū)體溶液中一般需要使用大量有機溶劑，而且在靜電紡絲時，會有超過80％的有機溶劑揮發(fā)且難以回收，從而造成污染，使溶液靜電紡絲制備微/納米纖維的工業(yè)化受到限制。

為了解決溶劑揮發(fā)問題，無溶劑電紡成為目前的研究熱點之一。無溶劑靜電紡絲的關(guān)鍵是紡絲前驅(qū)體溶液能夠作為紡絲纖維的主體參與成纖，且在電紡的同時需要快速的固化。國內(nèi)外學者在無溶劑靜電紡絲方面做了一些探索，目前，已報道的有利用α-氰基丙烯酸酯(醫(yī)用膠、502膠的主要成分)的快速濕氣固化，電紡成微納米纖維(Polymer Chemistry 4:5696(2013))；中國專利(專利公開號：CN104532367A)公開了一種無溶劑靜電紡絲制備聚氨酯微納米纖維的方法，主要通過加熱收集極，以熱固化的方法實現(xiàn)無溶劑靜電紡絲；中國專利(專利公開號：CN104213207A)公開了一種可移動式風槍加熱熔體靜電紡絲裝置，該裝置便于組裝，易于操作，可對熔點較低的聚合物實現(xiàn)移動靜電紡絲制備其微納米纖維。

光固化材料(UV固化材料)是一類特殊的高分子材料，其液態(tài)的預聚物加入光引發(fā)劑，經(jīng)過吸收高強度紫外光(UV)后，產(chǎn)生活性自由基或陽離子，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，可在一定時間內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。理論上可作為無溶劑電紡的前驅(qū)體，但是，關(guān)于紫外光無溶劑靜電紡絲技術(shù)的報道甚為罕見，中國專利(專利公開號：CN101021017A)公開了無溶劑電紡絲法制備微納米纖維的方法，主要在紫外光輻照和引發(fā)劑的引發(fā)作用下，使含活性雙鍵官能團的前驅(qū)液固化成微納米纖維，但其需要與活性稀釋劑按照一定的比例混合使用，前驅(qū)液制備比較麻煩，并且制備的纖維普遍較短且不規(guī)則、固化不完全，長度最大值為1厘米。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種規(guī)模化無溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法，該方法操作簡單，有效避免了有機溶劑揮發(fā)造成的環(huán)境污染，安全環(huán)保，尤其適用于光固化材料微納米纖維的大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)，同時，克服了目前電紡光固化材料微納米纖維前驅(qū)液配置工序復雜、所得纖維普遍較短且不規(guī)則、固化不完全、無法大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)難題，可大量制得固化完全、形態(tài)規(guī)則且連續(xù)性好的光固化材料微納米纖維，適宜規(guī)模化生產(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種規(guī)模化無溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法，包括以下步驟：

(1)配置紡絲前驅(qū)液：將光固化材料的液體預聚物與光引發(fā)劑在避光環(huán)境下混合均勻，再在自然光環(huán)境下靜置使其預聚，得紡絲前驅(qū)液；

(2)電紡微納米纖維：將步驟(1)配得的紡絲前驅(qū)體溶液置于靜電紡絲裝置連通紡絲噴頭的儲液機構(gòu)中，并將所述靜電紡絲裝置的紡絲噴頭和收集極置于少氧環(huán)境下進行電紡，電紡過程中用紫外光源對紡絲噴頭噴出的射流進行照射，即可在靜電紡絲裝置的收集極上收集到光固化材料微納米纖維。

發(fā)明人經(jīng)過大量實驗總結(jié)發(fā)現(xiàn)，靜電紡絲法制備UV固化材料微納米纖維固化不完全、纖維普遍較短且不規(guī)則的原因在于：靜電紡絲作為一種制備微納米纖維的方法，將其用于制備光固化材料微納米纖維，其制得的微納米纖維的比表面積大特點，這種纖維形態(tài)增大了預聚物與氧氣的接觸面積，使其與空氣中的氧氣接觸更加充分，放大了UV固化材料在固化過程中的氧阻聚現(xiàn)象的作用，阻礙了預聚物的聚合固化，從而導致所制得的光固化材料微納米纖維固化不完全、纖維普遍較短且不規(guī)則，影響了纖維的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用前景。

為了解決這一問題，本發(fā)明的制備方法，選擇在氧氣濃度低的少氧環(huán)境下進行電紡過程制備光固化材料微納米纖維，在紡絲過程中，預聚物溶液在高電壓作用下，從噴絲嘴噴出形成射流，射流中的光引發(fā)劑吸收紫外光的能量而產(chǎn)生活性自由基，活性自由基引發(fā)預聚物發(fā)生聚合反應(yīng)，射流下落的過程中伴有纖維的劈裂，最終在收集極上形成聚合物微納米纖維，從而實現(xiàn)無溶劑靜電紡絲。少氧的紡絲環(huán)境，有效避免了在靜電紡絲的氧阻聚現(xiàn)象，從而大量制得固化完全、形態(tài)規(guī)則且連續(xù)的光固化材料微納米纖維，且在紡絲過程中使用的前驅(qū)液由光引發(fā)劑和光固化材料的預聚物組成，不含其他有機溶劑，有效避免了有機溶劑揮發(fā)造成的環(huán)境污染，安全環(huán)保，該方法適用于光固化材料微納米纖維的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。