电纺制备聚乳酸/纳米纤维素复合纳米纤维

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2017-12-25 环球过滤分离技术网

静电纺丝

1.静电纺丝基本原理
　　静电纺丝法即聚合物喷射静电拉伸纺丝法，与传统方法截然不同。首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。在静电纺丝过程中，液滴通常具有一定的静电压并处于一个电场当中，因此，当射流从毛细管末端向接收装置运动时，都会出现加速现象，从而导致了射流在电场中的拉伸。

2.静电纺丝中射流的不稳定性
　　不稳定性是一种所谓的传递现象，即导致流动不稳定性的每一种模式可能起源于某一扰动或涨落，它会随时间以不同速率而扩大。静电纺丝中有3种不稳定性，第一种是黏性不稳定性，主要是毛细力与黏性力的作用引起的。另外两种不稳定性是电的本质引起的其一为轴对称的曲张不稳定性，即因表而电荷密度在切向电场中受到的力而引起，这种力与粘度协调作用引起丝的轴对称形变和流动；其二为非轴对称的弯曲不稳定性，即流体的偶极和电荷发生涨落，在电场中轴的法向上受力产生弯曲。静电纺射流可能表现出某一种或多种不同的不稳定性模式，取决于射流速度、半径和表面电荷密度等基本参数。近年来静电纺丝理论研究主要采用最简化的线性近似分析，而研究这些稳定性对于深入研究静电纺丝过程具有重要意义。

3.静电纺丝的影响因素
　　静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如粘度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之问的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。其中主要影响因素包括：
3.1聚合物溶液浓度
　　聚合物溶液浓度越高，粘度越大，表面张力越大，而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张力增大而减弱。通常在其它条件恒定时，随着浓度增加，纤维直径增大。
3.2电场强度
　　随电场强度增大，高分子静电纺丝液的射流有更大的表面电荷密度，因而有更大的静电斥力。同时，更高的电场强度使射流获得更大的加速度。这两个因素均能引起射流及形成的纤维有更大的拉伸应力，导致有更高的拉伸应变速率，有利于制得更细的纤维。
3.3毛细管口与收集器之间的距离
　　聚合物液滴经毛细管口喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发，聚合物浓缩固化成纤维，最后被接收器接收。随两者间距离增大，直径变小。
3.4静电纺丝流体的流动速率
　　当喷丝头孔径固定时，射流平均速度显然与纤维直径成正比。
3.5收集器的状态不同，制成的纳米纤维的状态也不同
　　当使用固定收集器时，纳米纤维呈现随机不规则情形；当使用旋转盘收集器时，纳米纤维呈现平行规则排列。因此，不同设备条件所生成的纤维网膜不同。

4.静电纺丝的高聚物
　　目前静电纺丝技术已经用于几十种不同的高分子聚合物。如聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝，也包括聚氨酯弹性体的静电纺丝以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。

来源于：

CCCM-1-Electrospinning polylactic acid(PLA)/nanocellulose composite nanofibers

http://v.youku.com/v_show/id_XNzYzNjM4ODI0.html