[發(fā)明專利]一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110307726.X
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113046852B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳逢軍;杜曉港
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): D01D5/34
• 分類號(hào): D01D5/34;D01D5/24;D01D5/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的裝置及方法，包括加熱棒，導(dǎo)熱筒、隔熱筒，內(nèi)、外液管和內(nèi)、外噴嘴。所有部位均可拆卸，便于清潔。熔融外液的熱量使高分子內(nèi)液溶劑快速揮發(fā)，高分子內(nèi)液顆粒向熔融外液運(yùn)動(dòng)并吸附，高分子內(nèi)液濃度和粘度增大，在熔融外液的牽引下開(kāi)始一起射流；高分子顆粒吸附在熔融材料內(nèi)層形成粒子薄膜，阻礙氣體的逸散，從而形成均勻連續(xù)的中空納米纖維或空心納米顆粒。解決了傳統(tǒng)制備方法成本高昂、過(guò)程難以控制、制備流程復(fù)雜等問(wèn)題。尤其是利用熔融外液使高分子內(nèi)液溶劑快速揮發(fā)，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，制備的空心纖維或顆粒性能好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空心納米結(jié)構(gòu)的制備及同軸靜電射流技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的方法及裝置。

背景技術(shù)

核殼結(jié)構(gòu)可用于結(jié)合具有新穎特性和功能的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的不同材料；芯材可用于滿足機(jī)械、化學(xué)或電氣要求，而殼層可用于提供熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性或表面功能性。這種核殼結(jié)構(gòu)對(duì)于組織工程、生物傳感器技術(shù)、藥物輸送、電子設(shè)備、光學(xué)設(shè)備和催化作用等應(yīng)用是有利的；中空多孔納米纖維相比于常規(guī)納米纖維，在保留其力學(xué)性能、導(dǎo)熱導(dǎo)電等性能的前提下，中空多孔納米纖維的質(zhì)量更輕、比表面積更大、吸附性能更好，在生物材料及能源儲(chǔ)存領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前有大量學(xué)者進(jìn)行這方面的研究，通過(guò)在紡絲纖維或納米顆粒上引入微孔中空結(jié)構(gòu)，能夠有效提升它們的比表面積。目前制備空心纖維的有效方法包括自組裝、模板法和靜電紡絲技術(shù)等；模板法是制備空心微管的有效方法，但所得材料受模板的形貌和結(jié)構(gòu)的限制；利用自組裝技術(shù)，制備了尺寸從納米到微米的中空納米管，其形貌通常由無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩種協(xié)同組織決定，所獲得的納米管長(zhǎng)度通常在微米或亞微米范圍內(nèi)，而且中空管狀結(jié)構(gòu)的形成往往是偶然不可控的；靜電紡絲技術(shù)可以連續(xù)生產(chǎn)性能優(yōu)異的中空納米纖維，相比于其他方法具有突出優(yōu)點(diǎn)，靜電紡絲纖維的微孔結(jié)構(gòu)引入技術(shù)，包括制備靜電紡絲液時(shí)摻入一定比例的犧牲材料，靜電紡絲得到復(fù)合纖維后，通過(guò)溶劑、熱分解或光降解等后處理手段除去犧牲材料，最終得到多孔納米纖維，但這個(gè)過(guò)程繁瑣且難以控制；因此在靜電紡絲的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)空心纖維的一步制備，縮短制備流程提高效率。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種制備空心結(jié)構(gòu)的方法及同軸裝置。本發(fā)明在同軸靜電紡絲的基礎(chǔ)上添加熔融外液輔助高分子內(nèi)液溶劑揮發(fā)，在形成纖維或顆粒的過(guò)程中，高分子內(nèi)液溶劑逐漸揮發(fā)且高分子顆粒在熔融外壁匯集形成粒子薄膜，該粒子薄膜在一定程度上阻止氣體的逸散，氣體在纖維或顆粒內(nèi)部匯集從而形成空心的核殼結(jié)構(gòu)。同時(shí)方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的要求較低，降低了制備核殼空心結(jié)構(gòu)的成本。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種同軸靜電紡絲熔融外液和高分子內(nèi)液的裝置，該裝置可以使流經(jīng)內(nèi)液通道的高分子內(nèi)液溶劑在未流出噴嘴前不會(huì)因熔融外液的熱量而揮發(fā)，可以使熔融外液在外液通道保持足夠的流動(dòng)性，可以與高分子內(nèi)液同軸流動(dòng)并形成穩(wěn)定的復(fù)合泰勒錐，復(fù)合泰勒錐被高壓電場(chǎng)牽引拉伸，隨著高分子內(nèi)液溶劑的揮發(fā)和熔融外液的冷卻固化，同軸射流固化沉積在收集板上，得到性能較好的核殼空心纖維或顆粒。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種制備核殼空心結(jié)構(gòu)的同軸噴嘴，包括內(nèi)噴嘴、外噴嘴、內(nèi)液管、外液管、加熱棒、導(dǎo)熱筒、隔熱筒和同軸固定塊等；

所述內(nèi)噴嘴和內(nèi)液管通過(guò)螺紋連接組成內(nèi)液通道，內(nèi)液管另一端與液體導(dǎo)管連接，內(nèi)液管外部套有隔熱筒，以保證高分子內(nèi)液溶劑不會(huì)提早揮發(fā)，液體導(dǎo)管連通有蠕動(dòng)泵，蠕動(dòng)泵連通有儲(chǔ)液罐，儲(chǔ)液罐內(nèi)盛有高分子內(nèi)液。

所述外液管和隔熱筒組成外液通道，外噴嘴和外液管采用螺紋連接，外液管軸向有螺紋孔連接不銹鋼軟管，不銹鋼軟管連通有熔融外液儲(chǔ)液筒，儲(chǔ)液筒需放置在加熱座上，以保持熔融外液的流動(dòng)性。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述內(nèi)、外噴嘴和內(nèi)、外液管均可拆卸清洗，且可以通過(guò)螺紋調(diào)節(jié)噴嘴伸出長(zhǎng)度。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述儲(chǔ)液筒內(nèi)盛有熔融外液，活塞在外力的作用下在儲(chǔ)液筒內(nèi)移動(dòng)，將熔融外液擠出至外液通道。