CN101423984A

CN101423984A - 聚合物纤维静电仿丝的冰面收集方法及其装置

Info

Publication number: CN101423984A
Application number: CNA2008102039890A
Authority: CN
Inventors: 李建林; 易熙; 张攀
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2009-05-06

Abstract

本发明涉及一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法及其装置，属聚合物制造工艺技术领域。本发明的特点是：在一个静电纺丝装置中，放置冰制模具在喷丝口下方适当位置，并以平移或旋转动作方式来收集喷出的纤维丝，待冰制模具溶化为水流出并干燥后，获得立体结构的无纺制品。本发明的工艺过程中，所用的聚合物纤维的复料为左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N－二甲基甲酰胺的混合溶胶；左旋聚乳酸的重量百分比浓度为8％；工艺过程中采用的直流电压为5.6kV；喷丝孔至收集水面间的距离为7cm；注射泵泵送流量为0.2ml/h；喷丝孔孔径为0.5mm。本发明方法可制备包括平面、立体等各种形状的纤维制品，过程安全无污染，产品尺寸控制精确，且工艺简单，成本低廉。

Description

聚合物纤维静电仿丝的冰面收集方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法及其装置，属聚合物纤维制造工艺技术领域。

背景技术

静电纺丝是目前制备聚合物纤维无纺布的重要方法，其易于成丝，丝径可通过控制聚合物溶胶粘度、静电电压、收集板离喷丝口距离等调节，能获得大部分聚合物的连续纺丝生产，应用范围广阔。目前现有收集方法主要是使用金属板作为收集面进行纤维丝的收集，简单易行，能满足一般要求，其缺陷在于只能获得平面制品；金属板的存在对高卫生要求产品造成污染；难以实现高精度的纹理尺寸控制。

目前，利用电子纺丝技术开发生物医用材料制品已成为研究的热点。研究的方向主要集中在两方面：一方面是利用电子纺丝制备的纳米级纤维，作为细胞支架、药物等添加剂的载体以及纳米级仿生材料等；第二方面是改变收集方法以获得薄膜及管状物等功能性形态结构，可广泛用于伤口包覆材料、功能性膜、人造导管等。电子纺丝能获得纳米级纤维，采用不同收集方法可以使纤维呈功能性形态结构。基于所述的第二方面，本发明利用冰制品作为纤维收集装置取代传统的金属板收集，可获得网纹状膜，球状、管状立体空心纤维制品等，在静电纺丝的纤维丝收集方面取得新的开拓。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法及其装置，以用于制备包括平面、立体等各种形状的纤维制品。

本发明的构思是：针对金属板收集的上述缺点，本发明提出在一个静电纺丝装置中，放置冰制模具作为纤维丝的收集体，冰面可以刻以纹理和图案，在喷丝口下适当位置作平移移动，以获得具有相应纹理的纤维毡、纤维膜或无纺布。另外，可通过特殊形状的冰制模具，在喷丝口下适当位置作平移和旋转运动，收集喷出的纤维丝，来获得立体结构的无纺制品，如立体空心的球形或管形纤维制品。

本发明一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.首先制作收集纤维丝的冰制模具，所述冰制模具为平面冰块、或刻有纹理图案的平面冰块、或特殊立体形状的冰制模具；待用；

b.将所述的冰制模具放置于纺丝坩埚底喷丝口下适当位置，进行纤维丝的平移或旋转收集，待冰制模具溶化为水流出并干燥后，得到所需形状的纤维制品；包括纤维无纺布、纤维毡、纤维网、纤维膜、球形立体纤维制品、或管状立体纤维制品中的任一种；

c.上述工艺过程中，所用的聚合物纤维的原料为左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶胶；溶剂二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺的配比，其重量百分比为65：35；左旋聚乳酸的重量百分比浓度为8％；工艺过程中采用的直流电压为5.6kV；喷丝孔至收集冰面面的距离为7cm；注射泵泵送流量为0.2ml/h；喷丝孔孔经为0.5mm；

一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法所用的专用装置，包括有纺丝坩埚、喷丝口针头、纤维、聚合物喷丝液、电脑微量注射泵、高压直流电源、冰面收集装置；其特征在于：盛有聚合物喷丝液的纺丝坩埚位于冰面收集装置的上方，在纺丝坩埚的底部设置有一金属制的喷丝口针头；在纺丝坩埚的上部无口处设有一电脑微量注射泵，以注射聚合物喷丝液并对其加压；设在一侧的直流高压电源，其正极通过导体与金属喷丝口针头相连接；其负极通过导线与下方的冰面收集装置的外围结构物冷却装置或保温装置的外壳体相连接；使喷丝口针头与冰平面间形成较高的电压降，以到于收集纤维；冰平面上或有纯平面、或有刻有纹理、或为刻有图案的冰面；以获得不同图形的纤维膜、或纤维毡、或无仿布纤维制品。

一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法所用的专用装置，包括有纺丝坩埚、喷丝口针头、纤维、聚合物喷丝液、电脑微量注射泵、高压直流电源、支架、冰制模具和微型电动机；其特征在于：盛有聚合物喷丝液的纺丝坩埚位于冰制模具的上方，在纺丝坩埚的底部设置有一金属制的喷丝口针头，在纺丝坩埚的上部开口处设有一电脑微量注射泵，以注射聚合物喷丝液并对其加压；设在一侧的直流高压电源，其正极通过导体与金属喷丝口针头相连接；其负极通过导体与下方的冰制模具的外围结构冷却装置或保温装置的外壳体相连接；使喷丝口针头与冰制模具的冰表面间形成较高的电压降，以利于收集纤维；冰制模具的两端设在2个支架上，冰制模具的一端与微型电动机相连，以带动冰制模具作旋转动作，并获得立体球状或管状纤维制品或其他形状空心立体纤维制品。

本发明的原理如下所述：

聚合物溶液或熔体受到高压静电作用，与电极极性相同的离子，积聚在依靠表面张力固着在喷丝管末端的纺丝液表面，电荷受到的电场力(或说是排戈力)与表面张力方向相反。伴随电场强度的提高，在喷丝口处的半球形液体拉伸形成Taylor锥形管，当场强度达到临界值时，电场力克服表面张力，在锥形管顶端，形成一股带电的喷射流。之后，溶剂挥发，纤维固化，并以序状排列于收集装置上，形成类似非织造布的纤维毡(网或者膜)。

本发明的优点如下所述：

本发明由于采用冰面收集纤维的方法，有利于实现各种形状纤维制品的制备；在工艺过程中没有任何外加的污染，可以获得聚合物纺丝的精确制品，包括平面、立体等各种形状的制品；另外本发明工艺简单，操作方便，成本低廉。

附图说明

图1为本发明聚合物纤维静电纺丝冰面平面收集的装置结构示意图。

图2为本发明聚合物纤维静电纺丝冰制模具立体收集的装置结构示意图。

图3为本发明实施例1中冰面平面收集的刻有图案冰块的放大正视图和俯视图。

图4为本发明实施例1所制得的无纺布实体样品照片。

图5为本发明实施例2中冰制模具的放大示意图。

图6为本发明实施例2所制得的立体纤维制品样品照片。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

A、聚合物纤维静电纺丝冰面平面收集装置

参见图1，该装置包括有纺丝坩埚1、喷丝口针头2、纤维3、聚合物喷丝液即左旋聚乳酸溶胶4、电脑微量注射泵5、高压直流电源6、冰面收集装置7；盛有聚合物喷丝液4的纺丝坩埚1位于冰面收集装置7的上方，在纺丝坩埚1的底部设置有一金属制的喷丝口针头2；在纺丝坩埚1的上部无口处设有一电脑微量注射泵5，以注射聚合物喷丝液并对其加压；设在一侧的直流高压电源6，其正极通过导体与金属喷丝口针头2相连接；其负极通过导线与下方的冰面收集装置7的外围结构物冷却装置或保温装置的外壳体相连接；使喷丝口针头2与冰平面7a间形成较高的电压降，以到于收集纤维3；冰平面7a上为刻有图案的冰面；以获得有一定图案的无仿布纤维制品。

B、制备工艺

利用上述如图1的装置，将附图3所示图案形状的冰块置于喷丝口下方适当距离处，被喷丝溶胶为左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶胶。喷丝口和接收冰块间加5.6kV电压，空间距离为7cm，溶胶以0.2mL/h的流量恒速均匀地推出。冰面在水平方向缓慢移动以保证纤维丝在收集面的沉积均匀，每平方厘米在喷丝口正下方停留的时间约为15秒。待整个冰面沉积完毕，即可取下具有冰块栅格特点相应图案的无纺布样品，其干燥后得到的放大照片如附图4所示。

实施例2

A、聚合物纤维静电纺丝冰刻模具立体收集装置

参见图2，该装置包括有纺丝坩埚1、喷丝口针头2、纤维3、聚合物喷丝液4、电脑微量注射泵5、高压直流电源6、支架8、冰制模具9和微型电动机10；其特征在于：盛有聚合物喷丝液4的纺丝坩埚1位于冰制模具9的上方，在纺丝坩埚1的底部设置有一金属制的喷丝口针头2，在纺丝坩埚1的上部开口处设有一电脑微量注射泵5，以注射聚合物喷丝液并对其加压；设在一侧的直流高压电源6，其正极通过导体与金属喷丝口针头2相连接；其负极通过导体与下方的冰制模具9的外围结构冷却装置或保温装置的外壳体相连接；使喷丝口针头2与冰制模具9的冰表面间形成较高的电压降，以利于收集纤维3；冰制模具9的两端设在2个支架8上，冰制模具9的一端与微型电动机10相连，以带动冰制模具9作旋转动作，并获得立体球状或管状纤维制品或其他形状空心立体纤维制品。

B、制备工艺

利用上述如图1的装置，将附图5所示形状的冰制模具置于喷丝口下方适当距离处，被喷丝溶胶为左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶胶。喷丝口和接收冰块间加5.6kV电压，空间距离为7cm，溶胶以0.2mL/h的流量恒速均匀地推出。通过冰制模具在法向的转动和轴向移动的同时进行，保证纤维丝在收集面的沉积均匀，每平方厘米在喷丝口正下方停留的时间约为15秒。待整个冰制模具表面沉积完毕，在室温下静置约10分钟后，冰制模具溶化为液态水流出，即可获得冰制模具形状相应的无纺立体样品，其干燥后得到的放大照片如附图6所示。

Claims

1.一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

c.上述工艺过程中，所用的聚合物纤维的原料为左旋聚乳酸的二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺的混合溶胶；溶剂二氯甲烷和N，N-二甲基甲酰胺的配比，其重量百分比为65：35；左旋聚乳酸的重量百分比浓度为8％；工艺过程中采用的直流电压为5.6kV；喷丝孔至收集冰面面的距离为7cm；注射泵泵送流量为0.2ml/h；喷丝孔孔经为0.5mm。

2.如权利要求1所述的一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法所用的专用装置，包括有纺丝坩埚(1)、喷丝口针头(2)、纤维(3)、聚合物喷丝液(4)、电脑微量注射泵(5)、高压直流电源(6)、冰面收集装置(7)；其特征在于：盛有聚合物喷丝液(4)的纺丝坩埚(1)位于冰面收集装置(7)的上方，在纺丝坩埚(1)的底部设置有一金属制的喷丝口针头(2)；在纺丝坩埚(1)的上部无口处设有一电脑微量注射泵(5)，以注射聚合物喷丝液并对其加压；设在一侧的直流高压电源(6)，其正极通过导体与金属喷丝口针头(2)相连接；其负极通过导线与下方的冰面收集装置(7)的外围结构物冷却装置或保温装置的外壳体相连接；使喷丝口针头(2)与冰平面(7a)间形成较高的电压降，以到于收集纤维(3)；冰平面(7a)上或有纯平面、或有刻有纹理、或为刻有图案的冰面；以获得不同图形的纤维膜、或纤维毡、或无仿布纤维制品。

3.如权利要求1所述的一种聚合物纤维静电纺丝的冰面收集方法所用的专用装置，包括有纺丝坩埚(1)、喷丝口针头(2)、纤维(3)、聚合物喷丝液(4)、电脑微量注射泵(5)、高压直流电源(6)、支架(8)、冰制模具(9)和微型电动机(10)；其特征在于：盛有聚合物喷丝液(4)的纺丝坩埚(1)位于冰制模具(9)的上方，在纺丝坩埚(1)的底部设置有一金属制的喷丝口针头(2)，在纺丝坩埚(1)的上部开口处设有一电脑微量注射泵(5)，以注射聚合物喷丝液并对其加压；设在一侧的直流高压电源(6)，其正极通过导体与金属喷丝口针头(2)相连接；其负极通过导体与下方的冰制模具(9)的外围结构冷却装置或保温装置的外壳体相连接；使喷丝口针头(2)与冰制模具(9)的冰表面间形成较高的电压降，以利于收集纤维(3)；冰制模具(9)的两端设在2个支架(8)上，冰制模具(9)的一端与微型电动机(10)相连，以带动冰制模具(9)作旋转动作，并获得立体球状或管状纤维制品或其他形状空心立体纤维制品。