CN115139601A - 一种单向导水复合纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维膜及其制备技术领域，尤其是涉及一种单向导水复合纤维膜及其制备方法。本发明首先将亲水性材料溶于水，得到亲水性纺丝液；将疏水性材料溶于溶剂中，得到疏水性纺丝液；然后以铝箔纸作为接收装置进行亲水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第一纤维膜；以铝箔纸作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第二纤维膜；最后将第二纤维膜置于第一纤维膜上方，冷压后得到单向导水复合纤维膜；或，调节静电纺丝参数和条件，以第一纤维膜作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到单向导水复合纤维膜。

Description

一种单向导水复合纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维膜及其制备技术领域，尤其是涉及一种单向导水复合纤维膜及其制备方法。
背景技术
亲水性材料和疏水性材料均可以通过静电纺丝技术制备成相应的纳米纤维。采用静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积大、直径可调、力学性能稳定等特点，因此静电纺丝技术已被广泛用于环境、能源、生物医学等领域。
保湿面膜具有补水保湿、缓解表皮干燥的功能，可以有效缓解因皮肤缺水而导致如干燥、季节性过敏、衰老快、长斑等问题。保湿面膜的种类丰富，包含面贴膜、膏乳状面膜、泥状面膜、嗜喱面膜等多种种类，其中面贴膜的主要优点是可以隔绝空气，防止营养物质被蒸发和被氧化，功效更好。
单向导水纤维膜主要是通过内外层结构对水分的亲和性存在差异实现单向导水的功能，适合制备具有上述功效的面贴膜。目前，一般采用化学方法制备单向导水纤维膜，利用添加助剂来改变纤维的亲水或疏水性能，但是这种方法存在制作工艺繁琐、生产成本高、环境污染等问题。因此，急需研究和开发单向导水纤维膜制备的新方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种单向导水复合纤维膜及其制备方法。本发明首先将亲水性材料溶于水，得到亲水性纺丝液；将疏水性材料溶于溶剂中，得到疏水性纺丝液；然后以铝箔纸作为接收装置进行亲水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第一纤维膜；以铝箔纸作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第二纤维膜；最后将第二纤维膜置于第一纤维膜上方，冷压后得到单向导水复合纤维膜；或，调节静电纺丝参数和条件，以第一纤维膜作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到单向导水复合纤维膜。
本发明创新性的将聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜、聚丙烯酸酯等用于制备亲水性纤维膜，将聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚己内酯用于制备疏水性纤维膜，通过合适的工艺形成单向导水复合纤维膜。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种单向导水复合纤维膜，包括依次叠放的亲水性纤维膜和疏水性纤维膜；
所述亲水性纤维膜和疏水性纤维膜通过静电纺丝制备得到，
亲水性纤维膜的材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜或聚丙烯酸酯中的一种；
疏水性纤维膜的材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种。
本发明的第二个目的是提供一种单向导水复合纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将亲水性材料溶于水，得到亲水性纺丝液；
(2)将疏水性材料溶于溶剂中，得到疏水性纺丝液；
(3)以铝箔纸作为接收装置进行亲水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第一纤维膜；
(4)以铝箔纸作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第二纤维膜；
(5)将步骤(4)制备得到的第二纤维膜置于步骤(3)制备得到的第一纤维膜上方，冷压后得到单向导水复合纤维膜；或，调节静电纺丝参数和条件，以步骤(3)制备得到的第一纤维膜作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到单向导水复合纤维膜。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述亲水性材料与水的用量比为1g：7-11.5mL。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述亲水性材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜或聚丙烯酸酯中的一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述疏水性材料与溶剂的用量比为1g：1-4g。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述疏水性材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，所述后处理为自然干燥处理。
在本发明的一个实施方式中，干燥处理过程中，干燥时间为6h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(4)中，静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
在本发明的一个实施方式中，步骤(4)中，所述后处理为自然干燥处理。
在本发明的一个实施方式中，干燥处理过程中，干燥时间为6h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(5)中，冷压过程中，冷压压力为10MPa，冷压时间为1min；
静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明创新性地先通过静电纺丝技术制备疏水性纤维膜与亲水性纤维膜，接着采用合适的工艺形成单向导水复合纤维膜；本发明为制备单向导水的复合纤维面膜提供了一种新的思路。
附图说明
图1为本发明的单向导水复合纤维膜的制备流程示意图；
图2为本发明实施例2制备得到的第一纤维膜实物图；
图3为本发明实施例2制备得到的第二纤维膜的实物图；
图中编号：1、亲水性材料；11、亲水性纺丝液；12、亲水性纤维膜；2、疏水性材料；21、疏水性纺丝液；22、疏水性纤维膜；3、铝箔纸；4、第一纤维膜；5、第二纤维膜。
具体实施方式
本发明提供一种单向导水复合纤维膜，包括依次叠放的亲水性纤维膜和疏水性纤维膜；
所述亲水性纤维膜和疏水性纤维膜通过静电纺丝制备得到，
亲水性纤维膜的材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜或聚丙烯酸酯中的一种；
疏水性纤维膜的材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种。
本发明提供一种单向导水复合纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将亲水性材料溶于水，得到亲水性纺丝液；
(2)将疏水性材料溶于溶剂中，得到疏水性纺丝液；
(3)以铝箔纸作为接收装置进行亲水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第一纤维膜；
(4)以铝箔纸作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第二纤维膜；
(5)将步骤(4)制备得到的第二纤维膜置于步骤(3)制备得到的第一纤维膜上方，冷压后得到单向导水复合纤维膜；或，调节静电纺丝参数和条件，以步骤(3)制备得到的第一纤维膜作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到单向导水复合纤维膜。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述亲水性材料与水的用量比为1g：7-11.5mL。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述亲水性材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜或聚丙烯酸酯中的一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述疏水性材料与溶剂的用量比为1g：1-4g。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述疏水性材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，所述后处理为自然干燥处理。
在本发明的一个实施方式中，干燥处理过程中，干燥时间为6h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(4)中，静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
在本发明的一个实施方式中，步骤(4)中，所述后处理为自然干燥处理。
在本发明的一个实施方式中，干燥处理过程中，干燥时间为6h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(5)中，冷压过程中，冷压压力为10MPa，冷压时间为1min；
静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
下述实施例中，若无特殊说明，所用试剂均为市售试剂；所用检测手段及方法均为常规检测手段及方法。
实施例1
本实施例提供一种单向导水复合纤维膜的制备方法(如图1A所示)。
(1)亲水性纺丝液11的制备：将1.2g亲水性材料1(聚乙烯吡咯烷酮)加入8.8mL的去离子水中，室温下持续搅拌2h溶解后，得到均一的亲水性纺丝液11；
(2)疏水性纺丝液21的制备：将2g疏水性材料2(聚苯乙烯)加入8g DMF中，室温下持续搅拌4h，溶解后得到均一的疏水性纺丝液21；
(3)第一纤维膜4的制备：调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为900rpm，接收距离为10cm，注射泵速率0.015mL/min，正极电压20kV，负极电压-2kV，环境温度25℃，环境湿度40％)，取10mL亲水性纺丝液11，以铝箔纸3作为接收装置进行静电纺丝，纺丝结束后自然干燥6h，在铝箔纸3上方形成一层亲水性纤维膜12，得到第一纤维膜4；
(4)单向导水复合纤维膜的制备：取10mL疏水性纺丝液21，以第一纤维膜4为接收装置，调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为900rpm，接收距离为15cm，注射泵速率0.03mL/min，正极电压20kV，负极电压-2kV，环境温度25℃，环境湿度40％)，通过静电纺丝工艺，在第一纤维膜4上方形成一层疏水性纤维膜22，亲水性纤维膜12和疏水性纤维膜22形成单向导水复合纤维膜。
实施例2
本实施例提供一种单向导水复合纤维膜的制备方法(如图1B所示)。
(1)亲水性纺丝液11的制备：将1g亲水性材料1(聚乙烯醇)加入11.5mL的去离子水中，搅拌10min后，放置于烘箱中，加热至95℃保温10min。将上述溶液取出后持续搅拌2h自然冷却至室温，得到均一的亲水性纺丝液11；
(2)疏水性纺丝液21的制备：将2g疏水性材料2(聚苯乙烯)加入8g DMF中，室温下持续搅拌4h，溶解后得到均一的疏水性纺丝液21；
(3)第一纤维膜4的制备：调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为100rpm，接收距离为5cm，注射泵速率0.01mL/min，正极电压10kV，负极电压0kV，环境温度20℃，环境湿度30％)，取10mL亲水性纺丝液11，以铝箔纸3作为接收装置进行静电纺丝，纺丝结束后自然干燥6h，在铝箔纸3上方形成一层亲水性纤维膜12，得到第一纤维膜4(如图2所示)；
(4)第二纤维膜5的制备：调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为100rpm，接收距离为5cm，注射泵速率0.01mL/min，正极电压10kV，负极电压0kV，环境温度20℃，环境湿度30％)，取10mL疏水性纺丝液21，以铝箔纸3作为接收装置进行静电纺丝，纺丝结束后自然干燥6h，在铝箔纸3上方形成一层疏水性纤维膜22，得到第二纤维膜5(如图3所示)；
(5)单向导水复合纤维膜的制备：在第一纤维膜4的上方平铺第二纤维膜5，在10Mpa下冷压1min，其中，亲水性纤维膜12和疏水性纤维膜22形成单向导水复合纤维膜。
实施例3
本实施例提供一种单向导水复合纤维膜的制备方法。
(1)亲水性纺丝液11的制备：将1g聚乙烯醇加入11.5mL的去离子水中，搅拌10min后，放置于烘箱中，加热至95℃保温10min；将上述溶液取出后持续搅拌2h自然冷却至室温，得到均一的亲水性纺丝液11；
(2)疏水性纺丝液21的制备：将1g聚甲基丙烯酸甲酯加入0.67g DMF和0.33g THF的混合溶液中，室温下持续搅拌4h，溶解后得到均一的疏水性纺丝液21；
(3)第一纤维膜4的制备：调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为3000rpm，接收距离为15cm，注射泵速率0.03mL/min，正极电压25kV，负极电压-5kV，环境温度35℃，环境湿度50％)，取10mL亲水性纺丝液11，以铝箔纸3作为接收装置进行静电纺丝，纺丝结束后自然干燥6h，在铝箔纸3上方形成一层亲水性纤维膜12，得到第一纤维膜4；
(4)第二纤维膜5的制备：调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为3000rpm，接收距离为15cm，注射泵速率0.03mL/min，正极电压25kV，负极电压-5kV，环境温度35℃，环境湿度50％)，取10mL疏水性纺丝液21，以铝箔纸3作为接收装置进行静电纺丝，纺丝结束后自然干燥6h，在铝箔纸3上方形成一层疏水性纤维膜22，得到第二纤维膜5；
(5)单向导水复合纤维膜的制备：在第一纤维膜4的上方平铺第二纤维膜5，在10Mpa下冷压1min，其中，亲水性纤维膜12和疏水性纤维膜22形成单向导水复合纤维膜。
实施例4
本实施例提供一种单向导水复合纤维膜的制备方法。
(1)亲水性纺丝液11的制备：将1g聚环氧乙烷加入9mL的去离子水中，室温下持续搅拌2h溶解后，得到均一的亲水性纺丝液11；
(2)疏水性纺丝液21的制备：将1g聚己内酯加入0.67g DMF和0.33g THF的混合溶液中，室温下持续搅拌4h，溶解后得到均一的疏水性纺丝液21；
(3)第一纤维膜4的制备：调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为900rpm，接收距离为10cm，注射泵速率0.015mL/min，正极电压20kV，负极电压-2kV，环境温度25℃，环境湿度40％)，取10mL亲水性纺丝液11，以铝箔纸3作为接收装置进行静电纺丝，纺丝结束后自然干燥6h，在铝箔纸3上方形成一层亲水性纤维膜12，得到第一纤维膜4；
(4)单向导水复合纤维膜的制备：取10mL疏水性纺丝液21，以第一纤维膜4为接收装置，调节静电纺丝参数和条件(旋转滚筒转速为900rpm，接收距离为10cm，注射泵速率0.015mL/min，正极电压20kV，负极电压-2kV，环境温度25℃，环境湿度40％)，通过静电纺丝工艺，在第一纤维膜4上方形成一层疏水性纤维膜22，其中，亲水性纤维膜12和疏水性纤维膜22形成单向导水复合纤维膜。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单向导水复合纤维膜，其特征在于，包括依次叠放的亲水性纤维膜和疏水性纤维膜；
所述亲水性纤维膜和疏水性纤维膜通过静电纺丝制备得到，
亲水性纤维膜的材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜或聚丙烯酸酯中的一种；
疏水性纤维膜的材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种。
2.一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将亲水性材料溶于水，得到亲水性纺丝液；
(2)将疏水性材料溶于溶剂中，得到疏水性纺丝液；
(3)以铝箔纸作为接收装置进行亲水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第一纤维膜；
(4)以铝箔纸作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到第二纤维膜；
(5)将步骤(4)制备得到的第二纤维膜置于步骤(3)制备得到的第一纤维膜上方，冷压后得到单向导水复合纤维膜；或，调节静电纺丝参数和条件，以步骤(3)制备得到的第一纤维膜作为接收装置进行疏水性纺丝液的静电纺丝，后处理得到单向导水复合纤维膜。
3.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述亲水性材料与水的用量比为1g：7-11.5mL。
4.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述亲水性材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚醚砜或聚丙烯酸酯中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述疏水性材料与溶剂的用量比为1g：1-4g。
6.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述疏水性材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种。
7.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
8.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
9.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
10.根据权利要求2所述的一种单向导水复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，冷压过程中，冷压压力为10MPa，冷压时间为1min；
静电纺丝过程中，静电纺丝参数和条件具体为：旋转滚筒转速为100-3000rpm，接收距离为5-15cm，注射泵速率0.01-0.03mL/min，正极电压10-25kV，负极电压0-5kV，环境温度20-35℃，环境湿度30-50％。
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