CN105040123A - 一种静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维的方法 - Google Patents

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王润泽
吴金辉
赵明
衣颖
张宗兴
郝丽梅
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Abstract

本发明公开了一种静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维的方法。本发明包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇在85℃水浴条件下水浴搅拌2小时溶解于蒸馏水中，得到15%的聚乙烯醇水溶液并与15%的水性聚氨酯混合搅拌2小时，体积比为3：7；(2)将纺丝原液加到注射器内，微量注射泵流量为1？mlh-1，针头连接10-20kv高压电源,针头距离接收滚筒15-30cm，接受滚筒铺铝箔并实现轴向往复运动和自转，在室温下进行静电纺丝得到直径均一的纳米复合纤维。本发明中的静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维方法具有方法简单，成本低廉，环保无害的优点，制备的复合纳米纤维直径均一且具有较好的热稳定性。

Description

一种静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维的方法
技术领域
本发明涉及材料合成领域，特别涉及一种将水性聚氨酯通过静电纺丝方法制成纳米纤维的方法。
背景技术
静电纺丝方法是将高分子聚合物溶液置于高压电场中，聚合物溶液受电场力的激发形成射流，射流进而拉伸细化，最终在接收屏上得到超细纤维。静电纺丝法制得的纳米纤维具有直径小、均匀性好、比表面积高、易于合成等优点，广泛应用于高效过滤、组织工程、创伤敷料等领域。
静电纺丝中常用的高分子聚合物多采用有机溶剂，虽然具有溶解性好、挥发性好的优点，但是有机溶液的毒性也会对实验人员和环境造成危害。而使用水作为高分子聚合物的溶剂是最为环保的，但是只有有限的几种水溶性高分子聚合物可以通过静电纺丝直接制得纳米纤维。聚氨酯材料具有耐磨、力学性能好、可降解等优点。水性聚氨酯不仅保持了这些优点，同时它以水为溶剂，更为环保。但是水性聚氨酯不能通过静电纺丝法直接制得纳米纤维，限制了它在某些领域的应用前景。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种使用聚乙烯醇与水性聚氨酯混合共纺的静电纺丝方法，得到具有均一纤维直径的复合纳米纤维。
本发明静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维方法，按照如下步骤进行：
(1)首先将聚乙烯醇在85℃水浴条件下，搅拌2小时溶解于蒸馏水中，制得质量百分比15%的聚乙烯醇水溶液；然后用蒸馏水将水性聚氨酯稀释至质量百分比15%，然后与冷却后的上述15%聚乙烯醇溶液混合搅拌2小时得到纺丝原液，15%的水性聚氨酯溶液与15%聚乙烯醇溶液的体积比为3：7；
(2)将步骤1中制得的纺丝原液加入到带有针头的注射器内，注射器装卡于精密注射泵上，注射泵流速设为1mlh-1。针头与10-20kv高压电源相连，针头距接收滚筒15-30cm。滚筒上铺有一层铝箔用来收集纤维，滚筒接地。在室温环境下进行静电纺丝，制得复合纳米纤维。
所述步骤1中的聚乙烯醇分子量为75000。所述步骤2中的注射器为10ml一次性注射器，注射器针头内径为1mm并经过磨平处理。接收滚筒直径17cm，高20cm，可实现轴向往复运动和100r/min的自转。
本发明相对现有技术的有益效果是：
(1)克服了水性聚氨酯不能通过静电纺丝制备纳米纤维的缺陷，方法简单，成本低廉。
(2)纺丝过程中并不使用有机溶剂，环保无害。
(3)制备的复合纳米纤维直径均一，且具有较好的热稳定性。
附图说明
图1是所用的静电纺丝装置；
图2是制备的聚乙烯醇/水性聚氨酯复合纳米纤维；
图3是复合纳米纤维和纯聚乙烯醇纤维的热稳定性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
一种静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维的方法,包括如下步骤：
(1)将质量分数为75000的聚乙烯醇在85℃水浴条件下，搅拌2小时溶解于蒸馏水中，制得质量百分比15%的聚乙烯醇水溶液，并冷却至室温。然后用蒸馏水将30%的水性聚氨酯原液稀释至质量百分比15%，并与冷却后的聚乙烯醇溶液混合搅拌2小时，体积比为3：7。
(2)使用图1所示的装置将步骤1中制得的纺丝原液加入到带有1mm平针头的10ml注射器内，注射器装卡于精密注射泵上，注射泵流速设为1mlh-1。针头与15kv高压电源相连，针头距接收滚筒15cm。滚筒上铺有一层铝箔用来收集纤维，滚筒接地。在室温环境下进行静电纺丝，制得直径均一的复合纳米纤维（见图2）。
由图3复合纳米纤维和纯聚乙烯醇纤维的热稳定性曲线可以看出，本发明得到的复合纳米纤维热稳定性更好。
实施例2：
一种静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维的方法,包括如下步骤：
(1)将质量分数为75000的聚乙烯醇在85℃水浴条件下，搅拌2小时溶解于蒸馏水中，制得质量百分比15%的聚乙烯醇水溶液，并冷却至室温。然后用蒸馏水将30%的水性聚氨酯原液稀释至质量百分比15%，并与冷却后的聚乙烯醇溶液混合搅拌2小时，体积比为3：7。
(2)将步骤1中制得的纺丝原液加入到带有1mm平针头的10ml注射器内，注射器装卡于精密注射泵上，注射泵流速设为1mlh-1。针头与20kv高压电源相连，针头距接收滚筒10cm。滚筒上铺有一层铝箔用来收集纤维，滚筒接地。在室温环境下进行静电纺丝，制得直径均一的复合纳米纤维。

Claims (4)

1.一种静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)纺丝原液的制备：首先将聚乙烯醇在85℃水浴条件下，搅拌2小时溶解于蒸馏水中，制得质量百分比15%的聚乙烯醇水溶液；然后用蒸馏水将水性聚氨酯稀释至质量百分比15%，然后与冷却后的上述15%聚乙烯醇溶液混合搅拌2小时得到纺丝原液，15%的水性聚氨酯溶液与15%聚乙烯醇溶液的体积比为3：7；
(2)静电纺丝方法：将步骤1制得的纺丝原液加入到带有平针头的注射器内，针头连接10-20kv高压电源,针头距离接收器15-30cm，注射器由精密注射泵推进液速为1mlh-1,接收器为表面铺有一层铝箔的滚筒，滚筒可以实现轴向往复运动和自转，接收器接地。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维方法，其特征在于，所述聚乙烯醇分子量为75000。
3.根据权利要求1所述的静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维方法，其特征在于，所述注射器容量10ml，针头内径1mm。
4.根据权利要求1所述的静电纺丝制备水性聚氨酯纳米纤维方法，其特征在于，所述接收器为直径17cm高20cm的滚筒。
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