静电纺丝理念制作pcl-pla纳米纤维及在生物材料之研究

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1、静电纺丝理念制作PCL/PLA纳米纤维及在生物材料之研究第一章绪论1.1引言随着人类物质文明的不断提升，纵观人类对材料的发展史来看任何一种材料的发明和繁荣都有着强大的社会需求，有用的、能解决关键问题的材料必将受到人们的推崇和重视，静电纺丝也将同样面临着这样的历史际遇。静电纺丝萌芽于20世纪初期，期间经历了将近一个世纪的沉寂，后來是因为纳米材料科技的热潮而得到新生的，因此静电纺丝具有其自身的魅力而焕然新生。20世纪末以来，纳米技术的概念逐渐被人们发觉和利用，目前，纳米技术乃至纳米材料的开发和研究等，无不影响着人们的生活，给人们的生活带来了日新

2、月异的变化，静电纺丝技术制备出的纳米纤维是具有一维纳米结构的材料，种类也非常多，包括纳米纤维、纳米管、纳米棒、纳米螺旋以及多层纳米纤维结构材料等，并已广泛的应用于纳米电子器件、光学器件、传感器以及生物医学等领域。其中，纳米纤维是最直接和最重要的产品，因此，高压静电纺丝纳米纤维技术在纳米科技的领域屮占有举足轻重的地位。静电纺丝技术制备的纳米纤维材料以及由纳米纤维组装成的无纺布或是有序纤维组装体等都具有较大的比表面积和孔隙率，使其在很多的应用领域都能够表现出良好的性能。另一方面，静电纺丝设备简单、容易根据特定需求设计搭建，产量相对于其他设备纳米

3、材料的方法要大很多，而且成熟的机械设计技术已经能够满足工业化生产的需求，早在1934年，发明了利用高压电场的作用来制备纳米纤维材料的设备，目前国际上已有多家公司能够进行大规模的生产，甚至已经有市场化的静电纺丝商品。随着研究的不断深入，静电纺丝材料的制备已经不仅局限于高分子材料，现在已经扩展到无机物、陶瓷、半导体材料以及小分子的有机物等。1.2高压静电纺丝的概述1.2.1静电纺丝技术静电场力也就是接收板的接地方向。而溶液的表面张力与溶液表面分子受到电场力的方向相反。当外加电伍较低时，电场力不足以使溶液中带电荷的部分从喷丝口喷出。此时，悬挂在喷

4、丝口原来为球形的液滴备拉伸变成而变成泰勒锥。当加大电压时，且超过一定的临界值时，流体表面的电荷斥力大于表面张力时，带电锥体形成一股带电的喷射流，沿着电场的方向加速运动。然后喷射细流进入摆动非稳定阶段，聚合物液滴在经过上一阶段稳定的直线运动之后，纤维开始不规则的摆动，在接收板上随即粘附。Rutledge[%f究表明：静电纺丝纤维从泰勒锥被电场力牵引出来到达接收装置的整个过程中，始终只存在着单根纤维，即单纤维摆动理论。Baumgarteni9]通过高速摄影机技术对喷射细流的非稳定阶段进行观察，拍摄到静电纺丝过程中的圆锥形套现象。第二章PCL/P

5、LA静电纺丝工艺参数的研究2.1引言静电纺丝技术是目前能够制备纳米纤维最可行的方法之一，与传统的物理拉伸法、模板合成法、相分离法、自组装法等方法相比，静屯纺丝是目前唯一能够最快制备连续纳米纤维的方法，且纤维的直径主要集中在几十个纳米到几微米。通过静电纺丝制备的无纺布纳米纤维膜具有较大的比表面积和较高的孔隙率等特点，因此在过滤材料、组织工程材料、光电子学、传感器等复合材料领域有着广泛的应用。近年來，随着人们对纳米材料的开发和利用，利用静电纺丝技术制备生物医用材料受到了人们的广泛关注。目前，研究者已研究了一系列静电纺丝的相关工艺参数体系，制备的

6、纳米纤维通过扫描屯子显微镜观察静电纺丝纳米纤维的结构形态、测试无纺布的力学性能和溶液本身的相关参数等，从结来的表征中可以知道，静电纺丝的成纤形态主要是受溶液本身的性质、纺丝装贸的参数以及纺丝环境等的影响。纺丝液的性质主要是包括溶质的分子量、溶液的粘度和浓度以及溶液的电导率、表面张力等；纺丝纤维的装置参数主要包括静电纺丝的屯压、纺丝液的流速、注射针头的直径以及注射针头与收集板之间的距离等；纺丝环境主要是指环境温度和湿度、气流速度和溶液本身的温度等。而影响静电纺丝的成纤形态最重要的是纺丝电压、溶液的浓度以及接收距离，另外本论文也讨论了不同组分的

7、配比对成纤性情况进行了分析，因此本章主要是从这四个方面对PCL/PLA纳米纤维的成纤情况进行研究。2.2实验部分2.2.1实验材料和仪器聚己内酷（PCL):分子量8刀，PerstorpUKLimited；聚乳酸（PLA):分子量15万，宁波昊业高分子材料有限公司；N,N-二甲基甲酰胺（DMF):分析纯，天津市大茂化学试剂厂；二氯甲焼：分析纯，成都市科龙化工试剂厂；高压电源：天津东文高伍屯源厂；HJ-5多功能搅拌器：江苏金坛市环宇科学仪器厂；配置出一定配比的二氯甲焼和N,N-二甲基甲酰胺（DMF)的混合溶剂，然后称取一定量的PCL与PLA加入

8、溶剂中，在多功能撹拌器中搅拌溶解至溶液呈透明状后，静置脱泡，制备出不同配比和不同浓度的PCL/PLA混合溶液。利用注射器吸取一定量的溶液进行静电纺丝，注射针头与电源的正极相连，接