CN111910268B - 一种凝胶纤维的纺丝方法 - Google Patents
一种凝胶纤维的纺丝方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111910268B CN111910268B CN202010718829.0A CN202010718829A CN111910268B CN 111910268 B CN111910268 B CN 111910268B CN 202010718829 A CN202010718829 A CN 202010718829A CN 111910268 B CN111910268 B CN 111910268B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gel
- spinning
- polytetrafluoroethylene tube
- ultraviolet lamp
- gel fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
- C08F283/06—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
- C08F283/065—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals on to unsaturated polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
- D01D1/10—Filtering or de-aerating the spinning solution or melt
- D01D1/103—De-aerating
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D13/00—Complete machines for producing artificial threads
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
- D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
- D01F8/10—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one other macromolecular compound obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
本发明涉及一种凝胶纤维的纺丝方法,属于高分子材料技术领域。该方法以线性高分子、丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、2‑羟基‑2‑甲基‑1‑[4‑(2‑羟基乙氧基)苯基]‑1‑丙酮和水为原料配制成前体溶液,前体溶液装入注射泵中,经过注射泵注入聚四氟乙烯管中,再通过聚四氟乙烯管中一次紫外照射聚合以及聚四氟乙烯管出口处二次紫外照射聚合,得到凝胶纤维。本发明利用线性高分子在凝胶纤维和纺丝管壁中央形成的润滑层,容易实现凝胶纤维与纺丝管壁的分离,同时减少了凝胶纤维与纺丝管壁的摩擦力,促进了稳定的纺丝;由于线性高分子以及凝胶网络之间的缠结,使慢速聚合成为可能,而且拓宽了可集成官能团的兼容性,该方法可操作性强,设备简单,易实现规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种凝胶纤维的纺丝方法,属于高分子材料技术领域。
背景技术
随着高分子技术的发展,凝胶材料因其易官能化修饰和良好生物兼容性的特点被广泛应用于医药、传感、生化检测,软体机器人等领域。在各种维度的凝胶材料中,凝胶纤维由于其小截面大表面积等特征,具有优异的机械柔韧性和快速物质交换能力,在穿戴式传感器、光学检测,生物兼容织物等领域受到广泛关注。
目前仅有有限的方法可用于凝胶纤维的连续化生产,如静电纺丝、熔融纺丝、微流控纺丝,挤出纺丝和直接墨水书写等。但上述方法为实现连续纺丝,均需要解决凝固后凝胶纤维与仪器管路密切贴合阻力大,会造成堵塞或不连续制备的问题。通常解决上述问题的方式是尽可能减小凝固后的凝胶纤维和仪器管路的接触面积与时间。这就需要前体溶液快速的由液态转化为固态,此过程既可以通过物理的过程如凝固、析出,流变性能转变,又可通过化学过程如快速聚合或交联。然而无论是物理或是化学过程都需要被加工的凝胶纤维单体有着特定的性质如溶解性、热塑性、剪切变稀、快速交联,快速聚合等。但赋予凝胶纤维前体溶液上述性质,往往需要对凝胶纤维前体和凝胶纤维本身的性质做出改变,此种改变经常是与特定应用所需性质和官能团相悖的。例如可融或可溶性质与交联网络的矛盾、剪切变稀与透光性的矛盾,快速反应与化学键密度的矛盾等等。这就使得现有水凝胶纺织方法不能有效的与应用所需的官能团相结合,从而限制了可生产成纤维状凝胶的适用体系。
此外,凝胶纤维由于固有的含水量高的特性,凝胶纤维往往机械强度差,无法达到自动化加工所需的强度。同时,降低水含量又会使凝胶纤维变脆,也无法用于大规模生产所需的自动化加工。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明提供一种凝胶纤维的纺丝方法,通过巧妙的凝胶前体溶液设计,可以利用线性高分子在溶液中的随机均匀分布,在纺丝过程中自发的在凝胶纤维和纺丝管壁中央形成润滑层,将凝胶纤维与纺丝管壁相隔离,同时润滑层中的线性高分子极大减少了凝胶纤维与纺丝管壁的摩擦力,促进了稳定的纺丝;而且润滑层中的线性高分子,由于与凝胶纤维的网络在微观层面部分缠结,可长时间保持在纤维表面,这就使慢速聚合成为可能。另外,本发明所依赖的自润滑现象,其本质也仅依靠分子的随机热运动和线性高分子的润滑效应,并无需特殊的官能团或填料便可实现,为在凝胶前体中直接加入目标组分留下了空间。本发明所述方法可操作性强,设备简单,适用性广,易于实现凝胶纤维的规模化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种凝胶纤维的纺丝方法,所述纺丝方法涉及的装置包括注射泵、聚四氟乙烯管、紫外反射板、第一紫外灯、第二紫外灯、控温设备以及收集容器;注射泵出口连接聚四氟乙烯管,聚四氟乙烯管拉直后固定于紫外反射板上,第一紫外灯正对紫外反射板摆放用于照射聚四氟乙烯管,第二紫外灯设置在聚四氟乙烯管出口下方用于照射由聚四氟乙烯管出口挤出的凝胶纤维,收集容器中盛有水并放置在聚四氟乙烯管出口正下方用于收集凝胶纤维,控温设备用于调控聚四氟乙烯管的温度;
所述纺丝方法包括以下步骤:
(1)将线性高分子、丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯以及2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮加入水中,并搅拌至完全溶解,然后超声除泡,得到前体溶液;
以制备所述凝胶纤维的原料总质量为100%计,则原料中各成分的质量百分数如下:线性高分子10%-14%,丙烯酰胺11%-39%,聚乙二醇二丙烯酸酯,2.3%-8.7%,2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮0.16%-1.3%,水48%-70%;
(2)先将前体溶液装入注射泵中,然后开启注射泵,将前体溶液注入聚四氟乙烯管中,在整个注射过程中聚四氟乙烯管的温度控制在20℃~30℃之间,待聚四氟乙烯管中气泡除尽后,关闭注射泵,打开第一紫外灯,照射180s~300s后,再次开启注射泵并打开第二紫外灯,待挤出稳定后,开始收集经第二紫外灯照射后得到的凝胶纤维,并保存在收集容器中,即完成凝胶纤维的制备。
进一步的,所述线性高分子为具有良好水溶性的非交联高聚物,且在分子中无可在纺丝过程中发生化学反应的位点,选自聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、聚丙烯酰胺、聚(N,N,N-三甲基-2-[(2-甲基-2-丙烯酰)氧]氯化乙铵、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠或聚羟甲基纤维素钠。
进一步的,优选分子量Mn=200~1000的聚乙二醇二丙烯酸酯。
进一步的,步骤(1)中,超声除泡时间优选10min~30min。
进一步的,聚四氟乙烯管为半透明管,直径优选0.86mm~2.5mm。
进一步的,第一紫外灯与紫外反射板的距离优选1cm~10cm,在此范围内优选使凝胶纤维稳定成型的最大距离。
进一步的,注射泵流量优选0.040mL/min~0.250mL/min,在此范围内优选注射泵流速比可以保持纤维稳定匀速挤出的最小流速大10%~40%。
进一步的,第一紫外灯和第二紫外灯是一种在200nm~360nm波段有发射功率的紫外灯,第一紫外灯以及第二紫外灯的功率密度优选6W/m2~24W/m2,可以选用功率密度为6W/m2~24W/m2的灯管发光的高压汞灯。
进一步的,优选半圆柱含边框结构的紫外反射板。
进一步的,从收集容器中取出凝胶纤维,并放入质量不少于凝胶纤维质量5倍的三乙二醇中,静置不少于12h,得到兼具强度和柔韧性的凝胶纤维。
进一步地,凝胶纤维与三乙二醇的质量比优选1:10~1:20。
有益效果:
(1)本发明所述纺丝方法中,在前体溶液中所引入的线性高分子热运动会导致其随机分布,则在凝胶纤维和纺丝管壁中央形成润滑层,容易实现凝胶纤维与纺丝管壁的分离,同时润滑层中的线性高分子极大减少了凝胶纤维与纺丝管壁的摩擦力,促进了稳定的纺丝;而且润滑层中的线性高分子,由于与凝胶纤维的网络在微观层面部分缠结,可长时间保持在纤维表面,这就使慢速聚合成为可能。慢速聚合为不同化学键密度的网络提供了更大的窗口,化学键密度对凝胶纤维机械强度、物质交换速率等有着显著影响,而化学键密度更小的网络往往聚合速率也低,无法满足目前凝胶纤维连续化生产所需的快速聚合。另外,由于高分子链间的缠结,虽然线性高分子和凝胶网络间无化学键相连,此高分子极难从凝胶纤维中移除,这就使功能性的官能团既可以集成于此线性高分子中,也可集成于网路主体,拓宽了可集成官能团的兼容性。
(2)本发明采用两步紫外聚合,增加了系统的鲁棒性和适用范围。当凝胶纤维一步聚合完全时,它硬度较高,在非完美光滑内壁的聚四氟乙烯管中前行时会产生较大阻力并有可能在凝胶纤维表面产生裂痕。采用两步聚合时,第一步聚合过程中的凝胶网络,仅部分聚合,机械强度也远低于完全聚合情况,可在聚四氟乙烯管中较顺利通过,即使产生裂痕也可在后续聚合中自动修补;第一步部分聚合成型后,凝胶纤维脱离聚四氟乙烯管,在空气中前进,经过第二步完全聚合后形成较硬的凝胶纤维不再受到挤压等损害,从而避免在凝胶纤维表面产生裂痕。
(3)本发明所涉及的前体溶液以及成品纤维中均无不透明颗粒(如墨水直写方法中的纳米硅颗粒),且所使用引发剂在可见光范围内无吸收,用量也较低,这就使产品纤维在可见光波段内透光性好,而且成品纤维还具有较大的柔韧性和弹性,使产品纤维可作为生物兼容并可以与环境进行物质交换的光纤使用,在植入式传感器中具有广泛应用前景。
(4)本发明所述方法中,采用三乙二醇对凝胶纤维进一步处理,可以将凝胶纤维中的水分去除,增强凝胶纤维强度,同时又利用凝胶纤维网络的塌缩,巧妙的将少量的三乙二醇渗透到该网络中,使凝胶纤维的柔韧性得以保留,经过三乙二醇处理的凝胶纤维的拉伸强度可以提升一个数量级。
(5)本发明所选温度是依据最优化自润滑效应确定的,温度过低,溶液粘度较高,反应速度降低,相对管路需要延长,阻力增大,效果变差;温度过高,单体扩散性增强,线性高分子更多的被包裹于纤维网络之中,自润滑效应减弱,易造成系统不稳定。
(6)本发明所选用流速为系统鲁棒性而设置。流速过低,当管路中纤维因环境干扰阻力增大时,不能及时提升对应的推力,导致纤维聚合度提升,阻力进一步增大,导致系统内压力波动大不稳定。流速过高,前体溶液在紫外灯下停留时间过短,需加长紫外灯与聚四氟乙烯管长度,增加系统被干扰的可能并降低效率。
附图说明
图1为实施例中制备凝胶纤维所采用的装置结构示意图。
其中,1-注射泵,2-聚四氟乙烯管,3-第一紫外灯,4-紫外反射板,5-第二紫外灯。
图2为实施例中所用半圆柱含边框结构的紫外反射板的截面示意图。
图3为实施例1步骤(2)得到的凝胶纤维的环境扫描电子显微镜(ESEM)图。
图4为实施例1步骤(2)得到的凝胶纤维、步骤(2)得到的凝胶纤维直接烘干后的凝胶纤维以及步骤(3)经三乙二醇处理后得到的凝胶纤维的机械强度对比图。
图5为对比例1中不连续聚合所得凝胶纤维的环境扫描电镜图。
图6为实施例1步骤(2)得到的凝胶纤维与步骤(3)经三乙二醇处理后得到的凝胶纤维的红外谱图对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述,其中,所述方法如无特别说明均为常规方法,所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
以下实施例中:
环境扫描电子显微镜(ESEM):Quanta 650 FEG,ESEM图片在150Pa以及-5℃下采集获得;
红外光谱仪:Bruker Alpha;
聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)和聚(N,N,N-三甲基-2-[(2-甲基-2-丙烯酰)氧]氯化乙铵是由相应单体配制而成的水溶液在2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮引发剂存在下由紫外聚合合成,所得溶液直接使用;其中,单体的浓度为0.874mol/L,引发剂的浓度为0.7mmol/L;
制备凝胶纤维过程中所涉及到的装置包括注射泵1、聚四氟乙烯管2、紫外反射板4、第一紫外灯3、第二紫外灯5、控温设备以及收集容器,如图1所示;
聚四氟乙烯管2选用半透明管,直径优选0.86mm~2.5mm;
紫外反射板4优选半圆柱含边框结构的紫外反射板4,如图2所示;
第一紫外灯3以及第二紫外灯5优选功率密度为6W/m2~24W/m2的灯管发光的高压汞灯;
控温设备用于调控聚四氟乙烯管2的温度,可以选用风扇,设置在聚四氟乙烯管2周围,确保整个注射过程中聚四氟乙烯管2的温度控制在20℃~30℃之间;
注射泵1出口连接聚四氟乙烯管2,聚四氟乙烯管2拉直后固定于紫外反射板4上,第一紫外灯3正对紫外反射板4摆放用于照射聚四氟乙烯管2,第二紫外灯5设置在聚四氟乙烯管2出口下方用于照射由聚四氟乙烯管2出口挤出的凝胶纤维,收集容器中盛有水并放置在聚四氟乙烯管2出口正下方用于收集凝胶纤维;
第一紫外灯3与紫外反射板4的距离优选1cm~10cm,在此范围内优选使凝胶纤维稳定成型的最大距离;
注射泵1流量优选0.040mL/min~0.250mL/min,在此范围内优选注射泵1流速比可以保持纤维稳定匀速挤出的最小流速大10%~40%。
实施例1
(1)将7.088g聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)溶液、0.414g聚乙二醇二丙烯酸酯(Mn=600)、1.500g丙烯酰胺以及0.0450g 2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮于20mL玻璃瓶中混合,并剧烈磁力搅拌30min使原料完全溶解,再在超声下除泡10min,得到前体溶液;
(2)先将前体溶液装入10mL注射器并固定于注射泵1中,然后开启注射泵1,调节流速为40μL/min,将前体溶液注入直径为0.86mm以及长为30cm的聚四氟乙烯管2中,前体溶液达到聚四氟乙烯管2管口后,关闭注射泵1,打开第一紫外灯3,照射200s后,再次开启注射泵1并打开第二紫外灯5,待挤出稳定后开始收集经第二紫外灯5照射后得到的凝胶纤维,并保存在收集容器中;
其中,聚四氟乙烯管2拉直后固定于长为26cm的紫外反射板4上;第一紫外灯3选用额定功率为48W的高压汞灯,照射的功率密度为7.3W/m2,第一紫外灯3与紫外反射板4的距离为6cm;第二紫外灯5选用额定功率为48W的高压汞灯,照射的功率密度为22W/m2;在整个注射过程中聚四氟乙烯管2的温度控制在(26±1)℃;
(3)从收集容器中取出凝胶纤维,并放入质量为凝胶纤维质量十倍的三乙二醇中,静置12h,得到兼具强度和柔韧性的凝胶纤维。
步骤(2)中保存在收集容器中的凝胶纤维清澈透明,透光性好,且柔韧性好。从图3中看出,所得凝胶纤维除因在ESEM仓体中部分脱水所导致的少量皱褶外表面均匀无孔洞,相较对比例1制备的表面有大量孔洞的静态聚合凝胶纤维而言,表面光滑,有益于更高的机械强度。
从图4中可以看出,与步骤(2)得到的凝胶纤维相比,步骤(3)经过三乙二醇处理后的凝胶纤维的断裂应力和应变均显著提升,断裂应力由0.114MPa提升至5.6MPa,应变由32%提升至159%;步骤(2)得到的凝胶纤维直接烘干后的凝胶纤维在较小应变下发生断裂,而步骤(3)经过三乙二醇处理后的凝胶纤维柔韧性极强。步骤(3)经过三乙二醇处理后的凝胶纤维可以编织成为复杂的钩针花形状,说明该凝胶纤维具有良好的柔韧性。
从图6的红外谱图表征结果中可以确定,步骤(3)经三乙二醇处理后的凝胶纤维中存在三乙二醇。
实施例2
(1)将7.017g聚(N,N,N-三甲基-2-[(2-甲基-2-丙烯酰)氧]氯化乙铵溶液、0.414g聚乙二醇二丙烯酸酯(Mn=600)、1.500g丙烯酰胺以及0.0450g 2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮于20mL玻璃瓶中混合,并剧烈磁力搅拌30min使原料完全溶解,再超声除泡10min,得到前体溶液;
(2)先将前体溶液装入10mL注射器并固定于注射泵1中,然后开启注射泵1,调节流速为40μL/min,将前体溶液注入直径为0.86mm以及长为30cm的聚四氟乙烯管2中,前体溶液达到聚四氟乙烯管2管口后,关闭注射泵1,打开第一紫外灯3,照射200s后,再次开启注射泵1并打开第二紫外灯5,待挤出稳定后开始收集经第二紫外灯5照射后得到的凝胶纤维,并保存在收集容器中;
其中,聚四氟乙烯管2拉直后固定于长为26cm的紫外反射板4上;第一紫外灯3选用额定功率为48W的高压汞灯,照射的功率密度为7.3W/m2,第一紫外灯3与紫外反射板4的距离为6cm;第二紫外灯5选用额定功率为48W的高压汞灯,照射的功率密度为22W/m2;在整个注射过程中聚四氟乙烯管2的温度控制在(26±1)℃;
(3)从收集容器中取出凝胶纤维,并放入质量为凝胶纤维质量十倍的三乙二醇中,静置12h,得到兼具强度和柔韧性的凝胶纤维。
本实施例步骤(2)所制备的凝胶纤维由于聚(N,N,N-三甲基-2-[(2-甲基-2-丙烯酰)氧]氯化乙铵溶液的特性,稍发白,且由于其渗透压小于聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸),溶胀后直径小于实施例1所制备的凝胶纤维,放入三乙二醇处理12小时后,凝胶纤维呈白色略微浑浊状,柔韧性强,可放入手动环形编织机编织而不断裂。
本实施例所制备的阳离子网络凝胶纤维与实施例1所制备的阴离子网络凝胶纤维,均有电场下偏转特性,且方向相反。将上述两种凝胶纤维根部固定在一起,浸入到0.5mol/L的盐水后,在凝胶纤维的左右两侧对称放置平行石墨板电极,两块石墨板电极的距离为20cm,向平行石墨板电极施加100V电压后,实施例1所制备的凝胶纤维朝向阳极偏转,本实施例所制备的凝胶纤维朝向阴极偏转,电压反向后,二者分别朝向相反方向偏转。
实施例3
(1)将7.088g聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)溶液、0.414g聚乙二醇二丙烯酸酯(Mn=600)、1.500g丙烯酰胺以及0.0450g 2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮于20mL玻璃瓶中混合,并剧烈磁力搅拌30min使原料完全溶解,再在超声下除泡10min,得到前体溶液;
(2)先将前体溶液装入10mL注射器并固定于注射泵1中,然后开启注射泵1,调节流速为220μL/min,将前体溶液注入直径为2.5mm以及长为30cm的聚四氟乙烯管2中,前体溶液达到聚四氟乙烯管2管口后,关闭注射泵1,打开第一紫外灯3,照射250s后,再次开启注射泵1并打开第二紫外灯5,待挤出稳定后开始收集经第二紫外灯5照射后得到的凝胶纤维,并保存在收集容器中;
其中,聚四氟乙烯管2拉直后固定于长为26cm的紫外反射板4上;第一紫外灯3选用额定功率为48W的高压汞灯,照射的功率密度为7.3W/m2,第一紫外灯3与紫外反射板4的距离为4cm;第二紫外灯5选用额定功率为48W的高压汞灯,照射的功率密度为22W/m2;在整个注射过程中聚四氟乙烯管2的温度控制在(26±1)℃;
(3)从收集容器中取出凝胶纤维,并放入质量为凝胶纤维质量十倍的三乙二醇中,静置12h,得到兼具强度和柔韧性的凝胶纤维。
步骤(2)中保存在收集容器中的凝胶纤维清澈透明,透光性好,由于截面积增加,较实施例1步骤(2)所制备的凝胶纤维柔韧性稍差,性质偏脆。在三乙二醇处理后,凝胶纤维发生类似的强度增强,脆性基本消失,柔韧性有所提升。
对比例1
取实施例1步骤(1)配制的前体溶液,注入到直径为0.86mm以及长为30cm的聚四氟乙烯管2中,聚四氟乙烯管2拉直后固定于紫外反射板4上,第一紫外灯3正对紫外反射板4摆放用于照射聚四氟乙烯管2,第一紫外灯3与紫外反射板4的间距为6cm,照射10min后用去离子水推出管中经过静态聚合形成的凝胶纤维,并置于去离子水中保存。
如图5所示此凝胶纤维在ESEM下整体程圆柱状,但表面布满微米级孔洞和裂痕。此种孔洞和裂痕会在凝胶纤维受到应力时扩展,降低凝胶纤维整体结构强度。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:所述纺丝方法涉及的装置包括注射泵、聚四氟乙烯管、紫外反射板、第一紫外灯、第二紫外灯、控温设备以及收集容器;注射泵出口连接聚四氟乙烯管,聚四氟乙烯管拉直后固定于紫外反射板上,第一紫外灯正对紫外反射板摆放用于照射聚四氟乙烯管,第二紫外灯设置在聚四氟乙烯管出口下方用于照射由聚四氟乙烯管出口挤出的凝胶纤维,收集容器中盛有水并放置在聚四氟乙烯管出口正下方用于收集凝胶纤维,控温设备用于调控聚四氟乙烯管的温度;其中,第一紫外灯和第二紫外灯是一种在200nm~360nm波段有发射功率的紫外灯;
所述纺丝方法包括以下步骤:
(1)将线性高分子、丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯以及2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮加入水中,并搅拌至完全溶解,然后超声除泡,得到前体溶液;
以制备所述凝胶纤维的原料总质量为100%计,则原料中各成分的质量百分数如下:线性高分子10%-14%,丙烯酰胺11%-39%,聚乙二醇二丙烯酸酯,2.3%-8.7%,2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮0.16%-1.3%,水48%-70%;其中,所述线性高分子选自聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、聚丙烯酰胺、聚(N,N,N-三甲基-2-[(2-甲基-2-丙烯酰)氧]氯化乙铵、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠或聚羟甲基纤维素钠;
(2)先将前体溶液装入注射泵中,然后开启注射泵,将前体溶液注入聚四氟乙烯管中,在整个注射过程中聚四氟乙烯管的温度控制在20℃~30℃之间,待聚四氟乙烯管中气泡除尽后,关闭注射泵,打开第一紫外灯,照射180s~300s后,再次开启注射泵并打开第二紫外灯,待挤出稳定后,开始收集经第二紫外灯照射后得到的凝胶纤维,并保存在收集容器中,即完成凝胶纤维的制备。
2.根据权利要求1所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:选用分子量Mn=200~1000的聚乙二醇二丙烯酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:步骤(1)中,超声除泡时间为10min~30min。
4.根据权利要求1所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:聚四氟乙烯管为半透明管,直径为0.86mm~2.5mm。
5.根据权利要求4所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:注射泵流量为0.040mL/min~0.250mL/min。
6.根据权利要求1所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:第一紫外灯与紫外反射板的距离为1cm~10cm。
7.根据权利要求1所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:第一紫外灯和第二紫外灯选用功率密度为6W/m2~24W/m2的灯管发光的高压汞灯。
8.根据权利要求1所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:选用半圆柱含边框结构的紫外反射板。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:从收集容器中取出凝胶纤维,并放入质量不少于凝胶纤维质量5倍的三乙二醇中,静置不少于12h,得到兼具强度和柔韧性的凝胶纤维。
10.根据权利要求9所述的一种凝胶纤维的纺丝方法,其特征在于:凝胶纤维与三乙二醇的质量比为1:10~1:20。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010718829.0A CN111910268B (zh) | 2020-07-23 | 2020-07-23 | 一种凝胶纤维的纺丝方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010718829.0A CN111910268B (zh) | 2020-07-23 | 2020-07-23 | 一种凝胶纤维的纺丝方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111910268A CN111910268A (zh) | 2020-11-10 |
CN111910268B true CN111910268B (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=73281335
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010718829.0A Active CN111910268B (zh) | 2020-07-23 | 2020-07-23 | 一种凝胶纤维的纺丝方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111910268B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112853622B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-07-08 | 苏州国纳思新材料科技有限公司 | 一种自愈合水凝胶微纤维织物的制备方法 |
CN116163027B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-05-03 | 华南理工大学 | 一种水凝胶纤维及其制备与应用 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN87102540A (zh) * | 1986-04-04 | 1987-11-04 | 第一工业制药株式会社 | 高分子量丙烯酸类聚合物的制备方法 |
JP2011190403A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Terumo Corp | 蛍光ハイドロゲルファイバーおよびその製造方法、ならびにそれを用いた糖類測定用センサー |
CN105592865A (zh) * | 2013-08-01 | 2016-05-18 | 因特里斯伍有限公司 | 水凝胶纤维及其制备 |
CN106243296A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-21 | 东华大学 | 一种二次交联提高水凝胶纤维力学性能的方法 |
CN110527021A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-12-03 | 长安大学 | 一种自愈合双网络水凝胶、制备方法及其应用 |
CN110608811A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-24 | 东华大学 | 一种水凝胶基光纤温度传感器及其制备方法 |
CN110724283A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-24 | 南京林业大学 | 一种紫外光辅助自修复的高强度离子凝胶、制备方法及修复方法 |
CN111333867A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-26 | 浙江理工大学 | 一种较低相转变温度水凝胶、制备方法及其应用 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7536962B2 (en) * | 2005-04-19 | 2009-05-26 | Kamterter Ii, L.L.C. | Systems for the control and use of fluids and particles |
-
2020
- 2020-07-23 CN CN202010718829.0A patent/CN111910268B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN87102540A (zh) * | 1986-04-04 | 1987-11-04 | 第一工业制药株式会社 | 高分子量丙烯酸类聚合物的制备方法 |
JP2011190403A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Terumo Corp | 蛍光ハイドロゲルファイバーおよびその製造方法、ならびにそれを用いた糖類測定用センサー |
CN105592865A (zh) * | 2013-08-01 | 2016-05-18 | 因特里斯伍有限公司 | 水凝胶纤维及其制备 |
CN106243296A (zh) * | 2016-07-28 | 2016-12-21 | 东华大学 | 一种二次交联提高水凝胶纤维力学性能的方法 |
CN110527021A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-12-03 | 长安大学 | 一种自愈合双网络水凝胶、制备方法及其应用 |
CN110608811A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-24 | 东华大学 | 一种水凝胶基光纤温度传感器及其制备方法 |
CN110724283A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-24 | 南京林业大学 | 一种紫外光辅助自修复的高强度离子凝胶、制备方法及修复方法 |
CN111333867A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-26 | 浙江理工大学 | 一种较低相转变温度水凝胶、制备方法及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111910268A (zh) | 2020-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111910268B (zh) | 一种凝胶纤维的纺丝方法 | |
Hebeish et al. | Thermal responsive hydrogels based on semi interpenetrating network of poly (NIPAm) and cellulose nanowhiskers | |
Hulupi et al. | Synthesis and characterization of electrospinning PVA nanofiber-crosslinked by glutaraldehyde | |
CN110629318B (zh) | 一种基于水凝胶光纤力学传感器及其制备方法 | |
Xu et al. | Reactive electrospinning of degradable poly (oligoethylene glycol methacrylate)-based nanofibrous hydrogel networks | |
Ranjbari et al. | Needleless electrospinning of poly (acrylic acid) superabsorbent: Fabrication, characterization and swelling behavior | |
JPH06228400A (ja) | 均一分散結晶フィブリルを含む強化ポリビニル・アルコール・ヒドロゲル及びその製造方法 | |
CN110592714B (zh) | 一种超强韧纳米组装纤维素长丝及其制备方法 | |
CN105155011B (zh) | 一种连续微米级pegda水凝胶纤维的制备方法 | |
Shen et al. | Comparison of acid-hydrolyzed and TEMPO-oxidized nanocellulose for reinforcing alginate fibers | |
Chen et al. | Design of strong and tough methylcellulose-based hydrogels using kosmotropic Hofmeister salts | |
CN108409997A (zh) | 一种含有纤维素纳米晶须的超高强度各向异性水凝胶的制备方法 | |
CN110423363B (zh) | 一种高强度超高弹力水凝胶的制备方法及其应用 | |
Li et al. | Facile preparation for robust and freestanding silk fibroin films in a 1‐butyl‐3‐methyl imidazolium acetate ionic liquid system | |
CN110608811B (zh) | 一种水凝胶基光纤温度传感器及其制备方法 | |
CN106632861B (zh) | 一种温敏细菌纳米纤维素复合水凝胶材料及其制备方法和应用 | |
CN101736437A (zh) | 一种具有电场响应性能的高分子凝胶纤维材料的制备方法及其产品 | |
Pei et al. | Multi-crosslinked flexible nanocomposite hydrogel fibers with excellent strength and knittability | |
CN110128594A (zh) | 一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶及其制备方法 | |
CN101704933B (zh) | 热响应型超细纤维膜材料及其制备方法 | |
JP7071536B2 (ja) | 繊維状吸水性樹脂およびその製造方法、並びに吸収性物品 | |
CN105421058B (zh) | 表面具有连续片层状微纳米结构的聚己内酯丝素蛋白电纺纤维膜及其制备方法和应用 | |
CN117166069A (zh) | 一种水动力柔性牵伸水凝胶纤维的纺丝装置及制备方法 | |
CN107266635B (zh) | 一种纳米纤维素复合温敏型水凝胶及其制备方法 | |
Zhou et al. | Effect of PVA content on morphology, swelling and mechanical property of crosslinked chitosan/PVA nanofibre |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |