日本MECC株式会社 静电纺丝设备的喷头

日本MECC株式会社 静电纺丝设备的喷头

M E MECC CO., LTD.High Voltage

Spinning solution

Nanofiber

Power Supplier

Syringe Pump

in syringe

Charge point

Ground point

jet

COLLECTOR

SPINNERET

Tube-less Spinneret

静电纺丝技术及其应用

静电纺丝技术及其应用 师奇松, 于建香, 顾克壮, 马春宝, 刘太奇 * (北京石油化工学院材料科学与工程系,北京102617) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米。介绍了电纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米 纳米管子、超净纳米过滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用中图分类号:TS 102.5 文献标识码:A 文章编号:0367-6358(2005)05-313-04 Electrospinning Technique and Its Application SHI Q-i song, YU Jian -xiang, GU Ke -zhuang, MA Chun -bao, LI U Ta-i qi * (De partment of Mate rial Scie nce and Enginee ring ,Be ijing Inst itute o f Petro -c he mic al Tec hnology ,Bei j ing 102617,China) Abstract :Electrospinning is a new technique,which can be used to prepare nanofibers with a diameter down to 1nm.In this paper,the theory of electrospinning technique,the equipments for preparing a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced.The new development of the applications of electrospinning technique,such as the preparation of micro nano tubes with controlled lengths and super -purification filtering materials,was reviewed. Key words :nanometer material;nanofiber;electrospinning;application 收稿日期:2003-11-14;修回日期:2004-01-12 基金项目:北京市组织部优秀人才启动经费(BZ00172002),北京市人事局留学人员科技活动择优资助项目(BR -016002)作者简介:师奇松(1977~),女,讲师,主要从事纳米纤维、相变材料的研究。E -mail:liutaiqi@https://www.360docs.net/doc/e117281600.html,. 纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤维,以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合,制备纳米纤维的方法 [1-3] 。 1 静电纺丝技术 由于超细纤维的优良性能,人们对其制造方法进行了广泛的研究,但是用传统的纺丝方法很难纺出直径小于500nm 的纤维。而静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维,直径最小可至1nm 。1.1 静电纺丝的成形工艺 静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不同,即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如图所示,在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时,将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是Taylor 锥。当电场力

壳聚糖静电纺丝(精)

壳聚糖静电纺丝 1 概述 关于纯壳聚糖溶液体系静电纺丝的报道却不多。可能是在高的静电压下,壳聚糖主链上的离子之间的斥力阻碍了电纺纤维的形成,尤其是在射流中的弯曲不稳定性和鞭动不稳定性出现的时候,这就造成了纯的壳聚糖体系静电纺丝的困难关于壳聚糖静电纺丝更多的报道是关于将壳聚糖与其他聚合物混合电纺成纤维的。选择与其他较为容易电纺成纤的高分子混合纺丝,不仅可以改善壳聚糖本身不易电纺的缺点,还可以赋予壳聚糖纤维一些新的性能。最常见的是壳聚糖与聚乙烯醇混合电纺成纤。通过调节溶液浓度和原料配比,壳聚糖与PVA混合溶液可以通过静电纺丝得到光滑完好的纤维,并作为组织工程支架或伤口敷料在生物医用材料领域有很好的应用前景。壳聚糖还能与其他一些合成高分子混合制备电纺纤维,如壳聚糖和PEO,壳聚糖和PVP等。静电纺丝技术制备出的纤维膜具有纤维直径小、比表面积大的特点,更有利于细胞的粘附和增殖,是理想的组织工程支架材料。近年来,对静电纺丝装置的改进使静电纺丝技术得到了迅速发展,同轴静电纺丝就是其中一种。核壳结构电纺丝可以在内层负载某些药物和生物活性因子,作为药物缓释载体及组织工程支架。壳聚糖是一种具有良好的生物相容性和生物可降解性的天然高分子,而羟基磷灰石是天然骨的主要成分,具有骨传导性和诱导性,两者在组织工程领域应用很广泛。 2 静电纺丝技术 静电纤维制造是目前得到纳米纤维最重要的基本方法之一。这一技术的核心,是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形,经溶剂蒸发或熔体冷却而固化得到纤维状物质,因而这一过程又称为静电纺丝,简称电纺。电纺最早出现于1934年,Fomlllals在一篇专利中首次介绍了利用静电斥力获得聚合物纤丝的方法。20世纪80年代后,尤其是90年代中期以来,随着纳米技术的快速发展,电纺丝技术越来越引起人们的关注,静电纺丝的理论研究才。有了进一步的深入发展。 静电纺丝的基本装置基本上由三部分组成:一个高压静电发生器,一个顶部带有小孔的装有聚合物溶液或熔体的细管及一个金属收集屏。聚合物的熔体或溶液的输送速度可由空气压力、微量注射泵控制,也可通过把装有液体的储液管与水平成一定角度放置从而由聚合物本身的重力来控制。高压电场的两极分别与聚合物液体、收集装置相连。在静电纺丝中,常常通过插入聚合物液体中的金属丝,或通过毛细管出口处与聚合物液体相连的金属夹,使聚合物液体接上高压电;收集装置通常为接地的金属箔、金属网或转鼓。 静电纺丝过程中,在高压电场的作用下,悬于毛细管出口的聚合物溶液或熔体的半球液滴变形为锥形,其锥形的角度为49度。随着电场强度的进一步提高,当

静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景..

静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景 引言: 术语“电纺”来源于“静电纺丝”。虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用,但是其基本思想可以追述到60年前。1934一1944年间,FomalaS[1]申请了一系列的专利,发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。1952年,vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术,得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。1955年,Drozin进行了不同液体在高电压下,形成气溶胶的研究。1966年,Simons发明了一种装置,用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物,他在研究中发现,低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。1971年,Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。自从80年代,特别是近些年,由于纳米技术的兴起,使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。目前为止,己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置,以及生物医用材料的加工和制造上。本文立足于静电纺丝技术的研究现状,分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。同时,概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。 1静电纺丝的基本原理 在电纺丝过程中,喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下,受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴,在电场诱导下表面聚集电荷,受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时,喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状,形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。而当电场强度增加至一个临界值时,电场力就会液体的表面张力,从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳,产生频率极高的不规则性螺旋运动。

静电纺丝技术的研究

TiO2纳米纤维薄膜的制备及其光催化研究杭州师范大学材料与化学化工学院应化081班 应用化学专业林洁指导老师:叶映雪 摘要二氧化钛是对光催化非常有用的最好半导体光催化剂中的一种。在这篇文献中,我们通过快速淬灭的静电纺丝处理过程来制备二氧化钛纳米纤维薄膜。制备的薄膜由连续的并且多孔的锐钛矿二氧化钛纳米纤维组成,该纳米纤维的直径大小为60-115nm。同时,我们得到了一种最佳的淬灭方法。光催化测量研究表明,锐钛矿TiO2纳米纤维薄膜的光催化效率为72%,这远远高于锐钛矿TiO2薄膜的光催化效率(44%)。我们认为,大的而且特殊的表面积大大地提高了光催化反应性能,同时,较好的形状保留特性使其具有了很好的恢复性和实用性能。在这里,我们将讨论其对环境净化的潜在应用。 关键词纤维技术静电纺丝纳米材料纳米纤维光催化活性 1.引言 由于二氧化钛具有很高的光活性、久耐光性、化学和生物惰性、机械稳固性和价格低廉等优点,其过去常常被认为是可作为光催化[1]的最好半导体光催化剂中的一种。由于光催化反应主要发生在催化剂的表面,高的表面积和体积比对于增加分解速率具有非常重要的意义。TiO2纳米粒子和纳米晶状薄膜已经展示了非常高的光催化活性[2,3]。就这些形式的TiO2而言,虽然已经取得了很大进展,但是纳米粉末具有很低的恢复性和回收利用性限制,纳米薄膜具有很小的接触面积,故此将其用于商业用途还存在着很大瓶颈。纳米纤维有望解决这些问题,因为其结合了纳米粉末和薄膜两者的特点,如连续性和容易制备成多孔透气的纳米纤维薄膜,同时又是由纳米晶体构成的[4]。然而,据我们所知,先前的研究主要聚焦于利用静电纺丝制备技术制备TiO2纳米纤维[5,6],虽然在250nm TiO2纤维[16]方面已经做了很多工作,但是对于直径小于100nm的TiO2纳米纤维的光催化性质却只有非常少的经验研究。 制备TiO2纳米粉末[7,8]\、纳米管[9]和纳米线[10]的方法有很多种,但是用于制备TiO2纳米纤维却仅仅只有几种,如静电纺丝技术[5]\、水热法[11]等等。其中,静电纺丝技术可用于制备直径从几十到几百纳米[12]连续变化的纤维方面,而且已经成为了一种成熟的方法,从而很容易得到用于水净化的多孔透水纳米纤维薄膜。 在这篇文献中,通过使用快速淬灭过程的静电纺丝处理技术以制备TiO2纳米纤维纤维

超疏水静电纺丝纳米纤维

超疏水静电纺丝纳米纤维 摘要:这篇文章介绍了最先进的静电纺丝纳米纤维的科技发展,以及它在自清洁簿膜、智能响应材料和其他相关领域的应用。超疏水自清洁,也成为“荷叶效应”,就是利用表面化学结构和拓扑学的正确结合,在表面形成了一个非常大的接触角并且通过重力使水带着表面上的污垢、颗粒以及其他污染物离开表面。本文简单介绍了超疏水自清洁的理论和静电纺丝过程中的基本原则,为了生成超疏水自清洁表面还讨论了静电纺丝过程的各种参数,这些参数可以有效的控制疏水实体的多渗透性结构的粗糙度,静电纺丝在纳米尺寸上的主要原则以及在通过静电纺丝合成一维材料时存在的困难也被完全的隐藏。另外,本文还比较了不同的静电纺丝纳米纤维的超疏水性能以及它们的科技应用。 关键字:超疏水静电纺丝纳米纤维性能应用展望

Superhydrophobic electrospun nanofibers Abstract: This review describes state-of-the-art scientific and technological developments of electrospun nanofibers and their use in self-cleaning membranes, responsive smart materials, and other related applications. Superhydrophobic self-cleaning, also called the lotus effect, utilizes the right combinations of surface chemistry and topology to form a very high contact angle on a surface and drive water droplets away from it, carrying with them dirt, particles, and other contaminants by way of gravity. A brief introduction to the theory of superhydrophobic self-cleaning and the basic principles of the electrospinning process is presented. Also discussed is electrospinning for the purpose of creating superhydrophobic self-cleaning surfaces under a wide variety of parameters that allow effective control of roughness of the porous structure with hydrophobic entities. The main principle of electrospinning at the nanoscale and existing difficulties in synthesis of one-dimensional materials by electrospinning are also covered thoroughly. The results of different electrospun nanofibers are compared to each other in terms of their superhydrophobic properties and their scientific and technological applications. Key words: superhydrophobic; electrospinning; nanofibers; properties; applications; outlook

静电纺丝法简介

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士生课程论文 题目静电纺丝法简介 学生姓名张辉华 学号133511018 指导教师秦毅红 学院冶金与环境学院专业冶金工程 完成时间2014.5.27

静电纺丝法简介 摘要:静电纺丝法是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝,作为一种新颖的纳米纤维制备方法,具有许多一般纳米纤维制备法没有的优点,在国内外一直引起广泛的关注。本文主要是介绍了静电纺丝的基本原理以及研究重点,同时简要地介绍了此方法在电池材料一起其他材料上的应用。 前言 静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式,此时雾化分裂出的物质不是微小液滴,而是聚合物微小射流,可以运行相当长的距离,最终固化成纤维。静电纺丝技术在1934年首先由Formhals[1]提出, 随后的相当长一段时间又有多项专利出现。近年来,随着纳米材料研究的兴起,人们发现由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级,使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献[2]。目前, 主要是从事材料、化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝。 1 静电纺丝实验装置与基本原理 1.1 电纺过程 所需设备高压电源,溶液储存装置,喷射装置( 如内径 1 mm 的毛细管) 和收集装置( 如金属平板、铝箔等) 。图1为传统的单纺装置。 图1 经典的静电纺丝装置示意图

高压静电场(一般在几千到几万伏) 在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差,使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体) 克服自身的表面张力和粘弹性力,在喷丝头末断呈现半球状的液滴。随着电场强度增加,液滴被拉成圆锥状即Taylor锥。当电场强度超过一临界值后,将克服液滴的表面张力形成射流(一般流速数m/s),在电场中进一步加速,直径减小,拉伸成一直线至一定距离后弯曲,进而循环或者循螺旋形路径行走,伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化,终落在收集板上形成纤维,直径一般在几十纳米到几微米之间。 除去传统的单纺丝还有其他的一些纺丝方式,如同轴静电纺丝,共轴复合纺丝就是将两种不同聚合物溶液预先不经混合, 而是各自在电场力的驱动下共轴 喷射经过同一个毛细管或注射器针头出口,得到连续的复合纤维的方法,该纤维具有核-壳结构。共轴复合纺丝设备如图2(a)所示,核-壳结构纤维如图2(b)所示。 图2 同轴纺丝和复合纤维形貌 同轴纺丝能直接接一步制备复合微/纳米线,可以制备医用复合纳米线、空心纳米管,这种方法制备出来的材料品质要明显优于涂覆法制备的材料。此外可以将碳纳米管与挥发性溶剂混合液用作内纺液, 将聚合物溶液用作外纺液, 利用溶剂的挥发性就可以携带碳纳米管渗透到外层聚合物中, 形成连续的碳纳米管增强 的复合纳米纤维。

静电纺丝技术及其应用

静电纺丝技术及其应用 师奇松, 于建香, 顾克壮, 马春宝, 刘太奇 3 (北京石油化工学院材料科学与工程系,北京102617) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米。介绍了电 纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米Π纳米管子、超净纳米过滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用中图分类号:TS 102.5 文献标识码:A 文章编号:036726358(2005)052313204 Electrospinning T echnique and Its Application SHI Qi 2s ong , Y U Jian 2xiang , G U K e 2zhuang , MA Chun 2bao , LI U T ai 2qi 3 (Department o f Material Science and Engineering ,Beijing Institute o f Petro 2chemical Technology ,Beijing 102617,China ) Abstract :E lectrospinning is a new technique ,which can be used to prepare nanofibers with a diameter down to 1nm.In this paper ,the theory of electrospinning technique ,the equipments for preparing a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced.The new development of the applications of electrospinning technique ,such as the preparation of micro Πnano tubes with controlled lengths and super 2purification filtering materials ,was reviewed. K ey w ords :nanometer material ;nanofiber ;electrospinning ;application 收稿日期:2003211214;修回日期:2004201212 基金项目:北京市组织部优秀人才启动经费(BZ 00172002),北京市人事局留学人员科技活动择优资助项目(BR 2016002)作者简介:师奇松(1977~),女,讲师,主要从事纳米纤维、相变材料的研究。E 2mail :liutaiqi @https://www.360docs.net/doc/e117281600.html,. 纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上 的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤维,以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合,制备纳米纤维的 方法[1-3] 。1 静电纺丝技术 由于超细纤维的优良性能,人们对其制造方法进行了广泛的研究,但是用传统的纺丝方法很难纺出直径小于500nm 的纤维。而静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维,直径最小可至1nm 。1.1 静电纺丝的成形工艺 静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不 同,即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如图所示,在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时,将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是T aylor 锥。当电场力

静电纺丝技术及其研究进展_杨恩龙

静电纺丝技术及其研究进展*杨恩龙 王善元 李 妮 赵丛涛 (东华大学纺织学院,上海,201620) 摘 要:静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。概述了静电纺丝技术及其发展历程,静电纺丝射流的稳态和非稳态的研究成果。介绍了静电纺丝机、静电纺丝技术的新进展及静电纺纳米纤维膜的应用。最后指出静电纺丝的研究方向。 关键词:静电纺丝,纳米纤维,进展 中图分类号:TQ340.6;TS176 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2007)08-0007-05 近几年来,由于纳米材料研究的迅速升温,激起了人们对静电纺丝(又称电纺)进行深入研究的浓厚兴趣。和拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。静电纺纳米纤维的发展历程见表1。 1 静电纺丝技术 1.1 静电纺丝的基本原理 使聚合物溶液或熔体带上高压静电,当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流拉伸细化,同时弯曲、劈裂,溶剂蒸发或固化,沉积于基布上形成纳米纤维膜。 1.2 静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素列于表2。 1.3 静电纺丝的优缺点 静电纺丝法简单、易操作。但是有如下缺点:第一,静电纺丝难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维;第二,目前静电纺丝机的产量很低;第三,静电纺纳米纤维的强度较低。 2 静电纺丝机 2.1 喷丝头与收集板垂直排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板垂直排布(立式)的静电纺丝 *国家自然科学基金资助项目(10602014) 收稿日期:2006-10-26 作者简介:杨恩龙,男,1980年生,在读博士研究生。主要从事静电纺纳米纤维的研究工作。 表1 静电纺丝的发展历程 年 份发 展 历 程 1934 Fo r mha ls申请了制备聚合物超细纤维的 静电纺丝装置专利[1] 1966 S i m ons申请了由静电纺丝法制备超薄、 超细非织造膜的专利[2] 1981 L arrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔 融静电纺丝的研究[3] 1995 R eneker研究组开始对静电纺丝进行研 究。静电纺丝迅速发展[4] 1999 Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及 微观结构作了研究[5~6] 2000 Spivak等首次采用流体动力学描述静电 纺丝过程,并且提出了静电纺丝的工艺 参数。R eneker等研究了静电纺丝过程 的不稳定性[7~8] 2003 全面系统地研究静电纺丝超细纤维微观 形貌的影响因素、表征、过程参数的改 进,以及静电纺丝制取纳米纤维后通过 煅烧制备无机氧化物超细纤维等 2004~2006 开发静电纺纳米纤维的原料。多组分聚 合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法 结合开发新型纳米纤维。捷克利贝雷茨 技术大学与爱勒马可(EL M ARCO)公司 合作生产的纳米纤维纺丝机 纳米蜘蛛 问世 机[9],主要用于静电纺丝的基础研究。 2.2 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机(卧

静电纺丝资料

1.静电纺丝的定义 静电纺丝又称“电纺”, 是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物超细纤维的加工方法。在电纺丝过程中,喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下,受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴,在电场诱导下表面聚集电荷, 受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时,喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状,形成所谓的“泰勒锥”,而当电场强度增加至一个临界值时,电场力就会克服液体的表面张力,从“泰勒锥”中喷出。在高速震荡中,喷射流被迅速拉细,溶剂也迅速挥发,最终形成直径在纳米级的纤维,并以随机的方式散落在收集装置上,形成无纺布。 2.静电纺丝的生物材料领域应用可行性 由电纺丝纤维制得的无纺布具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点, 这些优点使其具备了现实的和潜在的众多应用价值。由电纺法制备出的无纺布具有良好的生物相容性和结构相容性,可以在生物医学材料中广泛应用。通过对材料加工过程的调控,可以实现电纺丝材料在结构、形貌、组分和功能上满足生物医用材料的要求。 3.用于组织工程支架制备的纺丝工艺 ①溶液浇铸成孔剂滤出法。该法所用的成孔剂含量低,由于采用溶液浇铸于器皿中,从而导 致成孔剂下沉,孔隙分布不均匀以及上下表面形态出现诧异。 ②三维层化法。通过制备多孔膜,然后再通过溶剂把各层粘接起来,从而形成三维的支架。该法工艺复杂,而且在粘接过程中,粘接部分孔被封闭,从而形成界面,使材料内部形态不均匀。③熔融加工法。该法在聚合物的熔点以上,把成孔剂与聚合物共混挤人模具。冷却得到预定形状的多孔支架。该法的缺点是在挤出机里,由于熔体与成孔剂的密度相差较大,因而混合难以均匀。而且部分聚合物,尤其是生物可降解的聚合物在熔融加工时,容易热降解。 ④相分离法。该法采用溶液混合物冷却到溶剂的熔点以下,从而产生相分离。再通过真空干燥,从而得到多孔支架。该法的缺点是所得的孔径一般在10μm 以下,而且控制较为困难。 ⑤高压二氧化碳法。该法采用把已成型的聚合物暴露于高压二氧化碳。再通过减压把溶于聚

静电纺丝技术的工艺原理及应用

静电纺丝技术的工艺原理及应用 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形,最终得到纤维状物质,从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。由于纳米纤维具有许多特性,例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高,因而具有广泛的应用。 1、静电纺技术 静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。早在20世纪30年代,Formals A就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝,但是直到近些年,由于对纳米科技研究的迅速升温,激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。 1.1 静电纺技术的基本原理 静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique)是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形,经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,从而得到纤维状物质的一种方法。对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。 静电纺丝机的基本组成主要有3个部分:静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC/DC和AC/DC两种类型,实验中多用IX;/DC电源。液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器),其中盛 有高分子溶液或熔体,将一金属线的一端伸进容器中,使液体与高压电发生器的正极相连。纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板,可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。收集板用导线接地,作为负极,并与高压电源负极相连。另外随着对实验要求的提高,液体流量控制系统也被渐渐的采用,这样可以将液体的流速控制得更准确。电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。由于电场的作用,聚合物溶液表面会产生电荷。电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩,均会直接产生一种与表面张力相反的力。当电场强度增加时,毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形,称为Taylor锥。进一步增加电场强度,是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值,此时带电射流从Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程,

医学领域的静电纺丝技术

近年来,由于疾病、人口老龄化、意外事故等造成大量的人体器官和组织的损坏和功能缺失,如何实现人体组织和器官的快速修复和重建以及治疗药物在人体内的可控释放已成为生物医学研究领域面临的重要问题。 要使缺损的组织和器官得以修复和重建,其过程是构建有生物活性的细胞支架材料,这种支架可以载有生长因子或本体细胞,植入体内后支架材料逐渐被分解和吸收的同时,细胞增殖并形成新的组织,从而修复缺损组织替代器官,支架材料或作为一种体外装置,暂时替代器官功能,达到提高生命质量,延长生命的目的。 自20世纪60 年代以来,对于药物控制释放体系的研究,受到研究者的广泛关注。与传统给药模式相比药物控制释放具有显著的优点,除提高药物治疗的准确性、有效性、安全性外,还明显降低了药物的生产成本和不良反应,药物控制释放材料的研究得到迅速发展,其中制备性能优良的药物载体已成为药物控制释放技术的研究热点。 由于高分子材料的化学组成、加工工艺和性能易于调控,在一定尺度上通过调控聚合过程或加工工艺,可易于改变或调节材料的物化性能,因此把组织工程学和药物控制释放原理与高分子材料结合起来,合成具有生物相容性和刺激响应性的生物功能材料,具有重大的科学意义和广阔的应用前景。

静电纺丝作为一种简单、有效、方便而经济的高分子材料加工技术,其技术核心是将具有一定粘度且带有电荷的高分子熔体或溶液在高压静电场中喷射、拉伸细化、劈裂,终固化成微纳米级纤维状物质的过程。 静电纺聚合物纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、良好的三维结构和各向同性的力学性能等优点,能够满足组织工程中细胞支架和药物控释载体在比表面积、多孔结构和力学性能等方面的要求,而且具有纤维孔隙结构的支架材料与细胞增殖有良好的适配性,可有效模拟细胞外基质环境,同时比膜状材料更有利于细胞粘附。 国内纳米纤维和静电纺丝技术正在蓬勃发展,科研发文数量一直位居全球首位。近年来,电纺纤维及其纤维膜由于高的比表面积,高的孔隙率以及形貌可控等优点在伤口愈合方面引起了很多关注,电纺纤维膜一方面能够物理隔绝病毒和细菌,又能够透气保湿,给伤口营造一个良好的愈合环境。 另一方面,电纺纤维的直径以及纤维膜的孔径与细胞外基质的尺寸相仿,能够促进细胞生长,加速伤口愈合速度,减少疤痕产生,因此在创伤敷料方面有独特的优势。 但大多数电纺敷料通常是经过先制备再应用的过程,容易对伤口造成二次创伤。原位电纺目前是一种较为理想制备及应用电纺敷料的方法。便携式手持静电

静电纺丝及其应用 中文

静电纺丝技术以及静电纺丝纳米纤维在不同领域的应用本文内容主要参考了夏幼南教授的一篇综述文章[1],本人只是自己语言重新组织了一下他的文章内容,并在此基础上加入了一些个人的理解。基于上述原因,在此向夏幼南老师表示特别感谢。 1. 纳米静电纺丝技术发展的历史 静电纺丝技术又简称静电纺丝或者电纺丝,其发展历史最早可以追溯到1600年,William Gilbert 在存在外部电场的情况下观察到了一个锥形水滴[2]。随后在1887年,Charles Boys 利用一种粘弹性的液体通过静电纺丝制备出了纳米纤维[1]。1938年,静电纺丝纳米纤维被用于制造空气过滤装置的过滤网芯,静电纺丝纳米纤维首次得到了应用[1]。从1938年至今,静电纺丝技术不断发展并逐渐走向成熟,如今已经被应用在了各个领域,极大的推动了科学研究和工业生产的进步与发展[3,4]。 2. 纳米静电纺丝技术 2.1. 静电纺丝技术的原理 图1. 静电纺丝装置示意图[5] 静电纺丝技术是指聚合物熔体或者溶液在高压静电场的作用下形成纤维的

过程。静电纺丝技术装置主要由三部分组成,分别是高压电源,喷丝头以及接收板(图1.)。其中电源可以是直流电源,也可以是交流电源,不同类型的电源对纳米纤维的形成有一定的影响,这里不再详细介绍。喷丝头可以使用带有注射器针头的塑料管、金属管及玻璃管等,喷丝嘴一般为0.1~1 mm。接收板用来接收经溶剂挥发或者熔体固化后所形成的聚合物,一般采用导电金属板、硅片及导电玻璃等。具体使用过程中,金属板表面要用锡纸、纺布等包裹起来,方便转移纳米纺丝并防止接收板被污染或者被弄脏[6]。 电源的两极分别接在喷丝头和接收器上,在高压静电纺丝的过程中,溶液或者熔融高分子表面带上了电荷并产生了电场力,溶液的表面张力与电场力方向相反。随着电压的增大,电场力大于表面张力时,带电溶液从喷丝口喷出,从而形成喷流。喷流在空气中运动的过程中,经溶剂挥发,降温冷却等过程逐渐固化,最后被收集于接收器上。 图2. 静电纺丝纳米纤维所受横向力示意图[7] 图3. 纳米纤维弯曲运动示意图[8]

静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究

建设科技 ∣ 81部品技术与应用 建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年11月上 总第371 期1 前言 随着现代化进程的加快,污染问题也越来越严重。 空气中漂浮的颗粒物浓度超标,由此形成的雾霾天气不 仅影响人们的生活,更是严重危害人民的身心健康;水 资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。 因此,开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同 的目标。静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级,且纤 维直径在一定的程度上可以进行有效调控,大到几微米 小到几十纳米。静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究 方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2 (1.东华大学纺织学院,上海 201620;2.中材科技股份有限公司,江苏南京 210012) [摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性,在多个领域都有着不可替代的作用,尤其是过滤领域。本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果,展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。 [关键词]静电纺丝;纳米纤维膜;空气过滤;液体过滤;被动式建筑 Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranes for Filtration Fang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2 (1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, 210012, Jiangsu) Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected. Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings 入过滤领域,表现出极大的优势。2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程,最终固化形成纤维。其最早可以追溯到18世纪中,一种牛顿流体的静电雾化。但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3],这是首次利用高压静电制备纤维的装置,其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/https://www.360docs.net/doc/e117281600.html,ki.jskj.2018.21.014

静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用

静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用 戚妙北京永康乐业科技发展有限公司 1.静电纺过滤材料简述 一般说来,人们对于过滤材料原材料的甄选基本会在以下几种材料中进行:天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷、矿物等等[1-2]。按照不同的加工工艺这些过滤材料可分为以下几类[3]:①机织物、针织物、编织网和纤维束等;②纺粘和熔喷无纺布;③多孔陶瓷材料;④有机膜和无机膜材料; ⑤静电纺丝材料。 传统纤维过滤材料是直通的孔隙,其孔隙率也只有30%~40%[4]。从生产工艺流程角度审视,传统纤维织造过滤材料流程长,产品的生产效率低,主要通过经纬纱之间的孔隙进行过滤,滤料本身产生的阻力也比较大;且织造成型的过滤材料必须在其形成粉尘层之后,才能起到阻挡较小颗粒状物质的作用,如果过滤材料还没有形成粉尘层、过滤层清灰或者其它原因破坏了滤料的粉尘层时,就会导致传统纤维滤料的过滤效率大幅下降。 在过滤材料上运用静电纺丝技术有非常多的优点,现将其归纳成以下几个方面[5-9]。 (1)纤维直径小,均一性好。提高纤维滤材过滤性能的有效方法之一就是降低其纤维的直径,因为对于由直径数十微米的纤维制备出的纤维过滤器,随着纤维直径的降低滤材的过滤效率会得到提高。 (2)小孔径、高孔隙率及高通量。运用静电纺丝技术的纤维孔隙率可达80%~90%,这种结构的滤材在有效地去除亚微米级别以及微米级别的颗粒的同时,对水流只会产生较小的阻碍比。 (3)大比表面积、强吸附力。静电纺纤维有非常大的比表面积,这种结构大大地增加了颗粒沉积在纤维滤材表面的几率,这会对过滤的效果产生巨大的改观。其次,当过滤的颗粒非常小时,这些细小的颗粒会堆积在膜表面,产生所谓的“层效应”,也会使得静电纺丝薄膜的有效孔径尺寸显著下降。 (4)可再生性、节约环保。在实际的过滤过程中,大部分的杂质会留在静电纺丝薄膜的表面,只有其他很少的一部分颗粒会在静电纺薄膜内部和底部沉积,这就决定了该过滤材料方便清洁的特性,它的可持续再生的吸附功能有利于环保要求并会降低成本。 (5)低成本、种类多及工艺可控。静电纺丝已经是高效制备纳米级纤维材料的主要途径之一,它的优点甚多,可纺物质种类涵盖广、生产制造的装置简单、纺丝成本低廉、纺丝工艺可控等等。静电纺丝技术已经成功制备出多种纳米纤维,包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。 目前应用静电纺丝技术的纳米纤维过滤材料已经可以应用于诸多高要求的过滤领域,其对直径在0.3um以下的颗粒,过滤效率可达到99.97%以上,也由于它出色的过滤精度,该材料具备了广泛应用于电子、生物、医药和防护等领域的前景[10]。 2.静电纺丝在过滤材料的应用 根据不同的应用领域可将对于静电纺丝过滤材料的研究分为以下三个方面: 2.1气体过滤

静电纺丝技术

静电纺丝技术的研究 摘要:文章介绍了静电纺丝制备纳米纤维的技术,详细地介绍了这种技术的优点,以及它在各个方面广泛的应用。此外,虽然它具有很多的优点,但目前也仍然存在一些问题,我们也对此进行了探讨。 关键词:静电纺丝纳米纤维应用原理 前言:近年来,纳米结构材料,如纳米纤维、纳米管,由于其尺寸效应十分显著,在光、热、磁、电等方面的性质和体材料明显不同,出现许多新奇特性,因此收到了研究人员的高度重视。纳米纤维最大的特点就是比表面积大,从而导致其表面能和活性的增大,产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,在化学、物理性质方面表现出特异性[1]。电纺技术是一种简单和通用的获得连续微米级别以下的超细纤维的方法。通过电纺的方法可以制备出多种纳米纤维,包括氧化物纤维,高子分聚合物纤维等。静电纺丝方法制备的纳米纤维,具有纳米尺寸的直径,高比表面以及纤维之间形成的微小孔隙[2]。 纳米纤维、静电纺丝都是一些新事物,具有广阔的发展前景。可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等。另外,对植物施用杀虫剂是纳米纤维可能大规模应用的又一个领域。但当前的静电纺丝技术还不成熟,有待于深入地研究,以制得高质量的纤维并能使纳米纤维的制备实现产业化[3]。 一静电电纺丝技术 静电纺丝技术(electrospinning)在国内一般简称为电纺,其是一种利用聚合物流体在强电场作用下,通过金属喷嘴进行喷射拉伸而获得直径为数十纳米到数微米的纳米级纤维的纺丝技术。通过静电纺丝技术得到的纳米级纤维具有直径小、表面积大、孔隙率高、精细程度一致等特点,在组织工程、传感器、工业、国防、农业工程等领域具有极大的发展潜力,而且其在医药领域诸如伤口敷料、控制释放体系等方面也有着巨大的应用前景[5]。从科学基础来看,这一发明可视为静电雾化技术的一种特例。静电雾化与静电纺丝的最大区别在于:两者所使用的工作介质不同。静电雾化采用的是粘度较低的牛顿流体;而静电纺丝采用的是粘度较高的非牛顿流体。由于静电雾化技术与静电纺丝技术原理类似,所以前者的研究也为后者提供了一定的理论基础[4]。因为静电纺丝过程涉及到的学科领域很多,所以至今对它的研究仍处于探索阶段,虽然早在1934年,Formals就发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利,在其专利中,他公布了如何以丙酮作为溶剂的醋酸纤维素溶液在电极间形成射流,从而在静电推力下产生聚合物纤维。 静电纺丝技术的思路最早来源于人们对液体在电场力作用下的电喷射行为

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