聚氨酯静电纺丝条件的探索
抗静电剂综述——聚氨酯抗静电剂合成方法
一 ＰＵ技 术
善善
一
抗静电剂综述 ——聚氨酯抗静电剂合成方法
李莉 李智华 张文荣 许戈文 安徽大学化学化工学院 安徽省绿色高分子材料重点实验室 合肥 ２ ０ ３ ３０９
外部涂敷 法即在高 分 ｒ 材料 表 向涂上一层抗静 电 摘要 ：本 丈介 绍 了抗静 电剂的概念 ，作用原理 ， 重点 阐述 了它的分类及 聚氨 酯抗静 电剂的常 见合成 方 剂 ，从而 使其 起 到表 面抗 静 电作 。具体 步骤 是 ： 法，概述 了抗静 电剂在国 内外的发展概 况及趋 势。 关键词 ：聚氨 酯 抗静 电剂 综述 合成 进展 先 用 水 、 乙醇 或醋 酸 乙酯 等溶 剂将 抗 静 电剂配 制 成 ０５ ２０ １％一１％浓度 的溶液， 然后直接喷涂 、浸渍或涂刷材 料表面 ，在经室温或热 空气 ｌ 燥而形成抗静 电涂层 。 Ｔ
静 电 添加 的涂饰 剂 。 目前高分子材 料广泛应用 Ｊ 国 民经济各个领域 ， 而 由于静 电积 累导致短路 、火灾甚
到 全 球 重 视 。抗 静 电剂 研 究 、生 产 与 使 用十 分 活 跃 １ ． 抗 静 电剂 的使 用 技 术 ｌ ．２ ２ ３ 的 不 同分 为外 部 涂 敷 法 和 内部 混 炼 法两 种 。
因此在抗静电剂的设计时应考虑以下三个方面1微观的形态控制高分子永久性抗静电剂具有较高的极性要与极性较低的材料相容如abs树脂丙烯晴丁二烯苯乙烯共聚物中加入抗静电剂peea应使平均1个cooh基团能同peea的酰胺基团结合或生成酯这样可改进它们的相容性提高abs树脂的抗冲强度和改善层状剥离问题2加工成形的条件在熔融加工成形时要求抗静电剂的粘度大于材料的粘度以便于分散相反挤出加工成形时受到高剪切力应选择抗静电剂在成形温度下的粘度及加工成形时的剪切力两个因素的综合3使用相溶剂当将抗静电剂peea加入到聚烯烃塑料中时还应同时加入相溶剂如无水马来酸接技的聚丙烯它可与peea中的酰胺基团发生接技反应
静电纺丝参数
静电纺丝参数介绍静电纺丝是一种重要的纺织工艺，通过利用静电力将高分子材料以纤维的形式制备出来。
在静电纺丝过程中，各种参数的选择对纤维的质量和性能起着至关重要的作用。
本文将深入探讨静电纺丝的参数选择及其对纤维性能的影响，为相关研究和应用提供指导。
纤维的基本结构在开始讨论静电纺丝参数之前，我们先来了解纤维的基本结构。
纤维通常由分子、聚合物链和晶体等组成。
这些组成部分的排列方式、分子取向和分子间的相互作用力都会影响纤维的性能。
静电纺丝参数的选择静电纺丝的参数包括溶液浓度、喷射电压、喷射距离、气流速度等。
下面将对每个参数进行详细讨论。
1. 溶液浓度溶液浓度是指纺丝液中高分子物质的浓度。
溶液浓度的选择直接影响纤维的直径和物理性质。
较高的溶液浓度会导致纤维直径的增加，但也会增加纤维固化的难度。
因此，在选择溶液浓度时需要综合考虑纤维直径和纤维的可制备性。
2. 喷射电压喷射电压是指静电纺丝设备中用于带电纤维喷射的高压电场。
喷射电压的选择会影响纤维的形成和排列。
较低的喷射电压可能导致纤维断裂，而较高的喷射电压则可能导致纤维溅射和纤维直径的变化。
因此，选择合适的喷射电压至关重要。
3. 喷射距离喷射距离是指从喷射器到收集器的距离。
喷射距离的选择会影响纤维的拉伸和定向。
较大的喷射距离有助于纤维的拉伸和定向，但也会增加纤维断裂的风险。
因此，在选择喷射距离时需要平衡纤维的拉伸和断裂的风险。
4. 气流速度气流速度是指纺丝设备中的辅助气流速度。
较高的气流速度可以帮助纤维的排列和定向，但也会增加纤维的摆动和纤维断裂的可能性。
因此，选择合适的气流速度是确保纤维质量的关键。
不同参数对纤维性能的影响不同的静电纺丝参数对纤维的性能有着不同的影响。
下面将分别讨论每个参数对纤维性能的影响。
1. 溶液浓度对纤维性能的影响•溶液浓度的增加会导致纤维直径的增加。
•较高的溶液浓度会增加纤维的机械强度和热稳定性。
•过高的溶液浓度可能导致纤维的孔隙度增加，从而影响纤维的吸湿性能。
静电纺丝
于致远、陈艺、陈运、上官厚谦
纤维(fibers)
静电纺丝：一种超薄纤维制备技术
原理
•电流体动力过程 •液滴被带电以产生射流 •通过拉伸和伸长来产生纤维
静电纺丝的基本装置相当简单， 几乎每一个实验室都可以使用。 高压电源 注射器泵 导电的收集器 电源可以是直流电（DC）或交流 电（AC）
如何控制？
不稳定
稳定
电压 距离 液体性质
静电纺丝所用材料
支架材料 聚乙二醇 (PEG) 聚乙烯醇 (PVA)
聚己酸内酯 (PCL)
聚乙丙交酯 (PLGA) 聚苯乙烯 (PS) 聚氨酯 (PU) 聚环氧乙烷 (PEO) 聚乳酸 (PLA) 聚左旋乳酸 (PLLA) 胶原 (collagen) 丝素蛋白 (silk fibroin) 弹性蛋白 (elastin) 明胶 (gelatin) Silk/PEO
为了进一步提高陶瓷纤维支架的强度，可以将其与胶原等高分子复合， I型胶原的引入可以进一步加速HA的沉积。
陶瓷纳米纤维
核壳结构纳米纤维
用双亲性嵌段共聚物做药物载体来进行乳液电纺，这样聚合物的亲水 性链段会进入水相，最后得到的核壳结构纳米纤维，核相实际上一种 类似于基体式载体形式，外再包覆疏水性壳层，可以更好地控释蛋白 质类等生物活性物质的释放行为。
图三，分子量对电纺PLLA纤维形 态的影响
图四，溶液电导率对电纺PLLA纤维的直径有影响
图五，施加的电压对PLLA纤维直径的影响
图六，进料速率对PLLA纤维直径的影响。
应用
聚乙烯醇/壳聚糖/明胶新型组织工程支架用于鼻腔修复
壳聚糖是自然界唯一的碱性多糖，具有生物可降解性和良好的 生物相 容性，是细胞培养良好的支架胶原蛋白是天然高分子聚合物，可以与 PVA联合使用，制备混合溶液进行电纺，既满足了支架的力学性能， 又能提高支架的生物活性，利于种子细胞的生长。
硕士生学位论文
硕士学位论文选题名称基于PCL-1250/LDI的生物可降解聚氨酯的合成、表征及电纺丝研究学号20804008姓名范晓非导师张爱英研究方向生物医用材料二级学科材料学一级学科材料科学与工程学院材料学院2010 年 6 月9 日摘要聚氨酯通常是由软段和硬段交替组成的多嵌段共聚物，分子链中所含有的氨基甲酸酯基团(—NHCOO—)能使分子内与分子间产生强烈的氢键相互作用，适当的软、硬段结构及其比例，可以使聚氨酯获得良好的韧性、弹性、耐水耐化学溶剂性、可加工性和良好物理机械性能。
与此同时，聚氨酯还具有优良的抗凝血性能和生物相容性，以及无过敏反应等性能，在人工心脏、人工血管、人工导管等方面有着广泛的应用。
随着组织工程概念的提出和发展，早期的聚氨酯材料不能生物降解的问题日益引起人们的关注。
为此，本实验尝试利用溶液聚合法合成了一类以赖氨酸衍生物为二异氰酸酯和扩链剂的新型生物可降解聚氨酯材料，研究了其结构与性能之间的关系。
通过静电纺丝技术可降解聚氨酯无纺膜，并探索了该材料作为组织工程血管支架的电纺丝加工技术。
首先用溶液法合成以赖氨酸乙酯二异氰酸酯(LDI)为硬段，赖氨酸乙酯(Lysine)/1,4-丁二醇为扩链剂，以聚(ε-己内酯)二元醇(PCL)为软段的聚氨酯材料。
采用GPC、核磁、红外、DSC、力学性能测试等方法对所制备得到的可降解聚氨酯样品进行了结构和性能表征。
结果表明，投料比相同的情况下，随着硬段含量的增加，聚氨酯材料拉伸强度增加；赖氨酸乙酯扩链合成的聚氨酯力学性能要优于1,4-丁二醇扩链合成的聚氨酯；由于硬段的分子结构不对称，增加硬段含量将增加相混合程度，从而使软段结晶放热峰值温度提高；合成的聚氨酯具有生物可降解性，聚氨酯的酶促降解速率比水解降解速率快。
然后，通过静电纺丝技术制备了以赖氨酸乙酯为扩链剂的聚氨酯可降解聚氨酯无纺膜。
扫描电镜分析发现聚氨酯静电纺丝的可纺性主要取决于纺丝液的浓度，电纺丝的直径在一定范围内随着纺丝液浓度的增加而增加。
空气过滤用聚氨酯纳米纤维膜的制备及其性能
第32卷㊀第5期2024年5月现代纺织技术Advanced Textile TechnologyVol.32,No.5May.2024DOI :10.19398/j.att.202309036㊀官网下载㊀㊀知网下载空气过滤用聚氨酯纳米纤维膜的制备及其性能李金超1,梅㊀硕2,杜雨佳1,马㊀骉1,李㊀虹2(1.河南工程学院纺织工程学院,郑州㊀451191;2.中原工学院纺织学院,郑州㊀450007)㊀㊀摘㊀要:为拓展静电纺纳米纤维在空气过滤领域中的应用,以聚氨酯(PU)为原料,加入不同种类的盐,采用静电纺丝法制备树枝状PU 纳米纤维膜㊂利用扫描电镜(SEM)㊁接触角测试仪㊁红外光谱仪㊁自动滤料测试仪测试纳米纤维膜的微观结构㊁亲疏水性㊁化学结构和过滤性能㊂结果表明:在PU 质量分数14%条件下,添加有机盐TBAC,纺丝电压35kV 时,制备的纳米纤维膜的树枝状分叉结构明显;TBAC 的加入使纤维膜的接触角由99.1ʎ减小到82.8ʎ;分叉结构使纳米纤维膜的过滤性能显著提高,与纯PU 纳米纤维膜相比,过滤效率从50.8%提高到93.6%,品质因子从0.009提高到0.073,可满足高效低阻空气过滤材料的需求㊂关键词:聚氨酯;静电纺丝;纳米纤维膜;空气过滤;过滤性能中图分类号:TS102.6㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009-265X(2024)05-0018-05收稿日期:20230922㊀网络出版日期:20231216基金项目:河南省高校国家级大学生创新创业训练计划项目(202011517010)作者简介:李金超(1980 ),男,河南南阳人,讲师,主要从事功能高分子材料方面的研究㊂㊀㊀现代工业的发展带来了严重的环境污染问题,细颗粒物(PM 2.5)等各种大气污染物给人的身体健康㊁生存环境等造成了较大影响[1-2]㊂近三年新型冠状病毒感染疫情的扩散,使能有效吸附㊁阻隔有害颗粒物及细菌㊁病毒的空气过滤材料需求激增[3-4]㊂传统过滤材料由于孔径较大,对亚微纳米级的微小颗粒物的过滤能力不足,因此具有纤维直径小㊁孔隙率高等优点的纳米纤维膜是高效空气过滤材料的发展方向之一[5-6]㊂随着研究的深入,空气过滤材料在使用过程中的舒适性问题也受到关注,如用作口罩时,若人体产生的湿气不能快速排出,易引起 眼镜起雾 等问题[7]㊂为进一步提高纳米纤维膜的滤效,相关研究通过在纺丝液中加入适量的无机盐以提高纺丝液的电导率,使纺丝液在高压电场中产生劈裂,获得类似 蛛网 或 树枝状 的分叉结构[8-9],从而获得孔径更小的纳米纤维膜,以达到高效低阻的目的[10-11]㊂本文采用静电纺丝技术,以PU 为原料,四氢呋喃(THF)和N,N -二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过在纺丝液中加入盐,促进纺丝过程射流劈裂的产生,制备具有树枝状分叉的PU 纳米纤维膜㊂探讨了盐的种类㊁纺丝电压对纤维膜形貌㊁亲疏水性和过滤性能的影响㊂1㊀实验1.1㊀试剂与仪器试剂:PU(纤维级,大邱泡沫塑料有限公司);N,N -二甲基甲酰胺(DMF,分析纯,天津凯通化学试剂有限公司);四氢呋喃(THF,分析纯,天津凯通化学试剂有限公司);二水合四丁基氯化铵(TBAC,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司);四正丁基溴化铵(TBAB,分析纯,郑州派尼化学试剂厂)㊂仪器:集热式恒温加热磁力搅拌器(江苏科技仪器有限公司);Sigma 500场发射扫描电子显微镜(德国卡尔蔡司公司);电子精密天平(上海越平科学技术有限公司);微量注射器(浙江史密斯医学仪器有限公司);高压直流电源(东文高压电源天津股份有限公司);红外光谱测试仪(美国Thermo Fisher公司);自动滤料测试仪(美国TSI 公司);接触角测量仪(上海中晨数字技术设备有限公司)㊂1.2㊀树枝状纳米纤维膜的制备图1为树枝状PU纳米纤维膜制备流程,具体步骤:在室温条件下,以PU为溶质(质量分数14%),DMF与THF1ʒ1进行混合制备溶剂,分别加入TBAB和TBAC,充分搅拌溶解,配制一定浓度的均匀纺丝液㊂将纺丝液吸入20mL的针管中,随后将针管装入注射系统中,使用直径为0.67mm的针头作为纺丝喷头㊂设定接收距离为18cm,挤出速度1mL/h㊂图1㊀静电纺丝法制备树枝状PU纳米纤维膜示意图Fig.1㊀Schematic diagram of dendritic PU nanofiber membranes prepared by electrospinning2㊀测试与表征2.1㊀扫描电镜形貌表征裁取一定规格的纳米纤维膜,用导电胶固定于样品台上,以离子溅射仪对纤维膜表面进行喷金处理,采用场发射扫面电子显微镜(SEM)观察所纺制的纳米纤维膜的形貌,并利用软件测量纤维直径,绘制直径分布图㊂2.2㊀表面接触角测试采用OCA20视频接触角测量仪对进行接触角测试,水滴体积为3μL㊂在纤维膜的平整位置任取5个点,测试水滴接触角,多次测试求其平均值㊂2.3㊀红外光谱测试采用傅里叶红外反射光谱(FTIR)法来测定加入TBAB㊁TBAC两种盐后PU纳米纤维膜官能团的变化㊂具体测试方法为:测试前先将纳米纤维膜在80ħ的烘箱中干燥120min,接着在室温条件下,通过红外光谱仪分析测定纳米纤维膜官能团的情况㊂2.4㊀空气过滤性能测试依照国家标准JG/T404 2013使用TSI8130自动滤料测试仪对试样进行空气过滤性能测试,包括过滤效率和阻力㊂为综合评价过滤材料的过滤性能,一般引入品质因数Q F,其计算公式为:Q F=-ln(1-η)ΔP(1)式中:η为过滤效率,%;ΔP为阻力,Pa㊂品质因数越大,综合过滤性能越好[12]㊂3㊀结果与讨论3.1㊀盐的种类对纤维膜形态结构的影响未加盐及分别加入TBAB和TBAC两种不同盐时纳米纤维膜的扫描电镜照片如图2所示,从图中可以看出,在相同纺丝工艺条件下,加入盐后,纳米纤维直径明显下降,加入TBAC的纤维膜树枝状分叉结构更加明显㊂这主要是因为加入盐后,纺丝液的电导率增加,溶液射流更易被极度牵伸产生劈裂,形成纤维细度更小的树枝状结构的纤维膜[13]㊂这些细小的枝状结构使纳米纤维形成的孔径更小,进一步提高纤维膜的过滤效率㊂3.2㊀纺丝电压对纤维膜形态结构的影响在相同的纺丝条件下,纺丝电压对纤维膜结构特别是树枝状纤维细丝的形成具有较大影响,不同纺丝电压时PU纳米纤维膜电镜照片如图3所示㊂当纺丝电压为25㊁30kV时,纤维膜中仅有极少量分叉纤维细丝产生㊂当电压提高到35kV时,纤维膜中出现大量的纤维细丝,且分布均匀,非常利于降低纤维膜整体的孔径,提高过滤效率㊂这主要是因为随着电压增加,纺丝液在静电场中牵伸越充分,越易拉伸分裂细化㊂㊃91㊃第5期李金超等:空气过滤用聚氨酯纳米纤维膜的制备及其性能图2㊀盐的种类对PU 纳米纤维膜形态的影响Fig.2㊀Effect of salt types on the morphology of PU nanofiber membranes图3㊀不同纺丝电压时PU 纳米纤维膜电镜图Fig.3㊀SEM images of nanofiber membranes with different spinning voltages3.3㊀红外光谱分析对纯PU 与分别加入TBAB 和TBAC 两种不同盐时纺制的PU 纳米纤维膜进行红外光谱测试,如图4所示㊂在纯的PU 曲线中,3330cm -1处为水和 OH的振动峰,2936㊁2860cm -1为C H 的伸缩振动峰,1712cm -1和1526cm -1分别为C O 和N H 的伸缩振动峰,这些都是PU 的特征吸收峰[14]㊂加入TBAB 和TBAC 后的PU 复合纳米纤维膜,在2792cm -1和1016cm -1处出现了弱的吸收带,表明两种盐存在于纳米纤维膜中[15]㊂同时,在复合纤维膜中,均含有PU 的特征吸收峰,说明复合纳米纤维膜被成功制备㊂图4㊀PU 纳米纤维膜的红外光谱图Fig.4㊀FTIR spectra of PU nanofiber membranes3.4㊀表面接触角分析测试未加盐与分别加入质量分数为0.4%的TBAB㊁TBAC 后的PU 纳米纤维膜的接触角㊂结果发现:未加盐时纤维膜的接触角为99.1ʎ,加入TBAB 接触角为94.1ʎ,加入TBAC 接触角为82.8ʎ㊂这表明盐的加入使PU 纳米纤维膜的接触角出现不同程度的降低㊂产生这一现象的原因主要是TBAB 与TBAC 这两种盐都有亲水性的铵离子,增加了纤维膜的亲水性㊂这一改变可有效改善空气过滤材料在使用过程中的吸湿㊁导湿性能㊂3.5㊀空气过滤性能分析在纺丝电压㊁挤出速度㊁接收距离㊁溶液浓度等条件均一致的情况下,对不同类型的PU 纳米纤维膜的空气过滤性能进行测试㊂气流速度设置为32L /min,如表1所示㊂相同条件下,未添加盐的PU 纳米纤维膜的过滤效率为45.4%,过滤阻力为67.3Pa;加入TBAB 后纤维膜过滤效率为57.2%,过滤阻力为84.8Pa;加入TBAC 后过滤效率为93.6%,过滤阻力为33.7Pa㊂由此可见,添加盐TBAC 的PU 纳米纤维膜的过滤效率最大,阻力最低㊂滤效的显著提高主要是因为在纺丝液中加入盐后促使射流产生劈裂现象,从而形成分叉超细纳米纤维,分叉结构使纤维膜孔径进一步减小,能够阻隔㊃02㊃现代纺织技术第32卷粒径更小的颗粒物;另一方面直径变细,其比表面积随之增大,增加了粒子与纤维之间的接触面积,提高了纤维膜对颗粒物的吸附作用,提高了过滤效率㊂而分叉纳米纤维直径较小,使得压力降(阻力)保持在较低水平[13]㊂表1㊀纳米纤维膜的空气过滤性能Tab.1㊀Air filtration properties of different nanofiber membranes 纤维膜种类过滤效率/%阻力/Pa Q FPU50.875.30.009 PU/TBAB64.194.80.011 PU/TBAC93.637.80.073根据式(1)计算得到不同种类纤维膜的品质因子Q F(见表1)㊂可以看出添加TBAC的PU纳米纤维膜的Q F值最大,其综合过滤性能最优㊂这是由于该条件下的纳米纤维膜的纤维直径由于分叉直径更细,形成的孔径更小小,空气过滤效率较其他两类纤维膜大大提高,而阻力维持在较低水平,纤维膜整体表现出高效低阻的特点㊂4 结论本文以THF和DMF为溶剂,以有机盐为添加剂,采用静电纺丝技术成功制备出了具有树枝状分叉结构的PU纳米纤维膜㊂对影响分叉结构的因素进行了实验分析,主要得到以下结论:a)有机盐的种类和纺丝电压对分叉结构影响明显㊂相同条件下,TBAC为添加剂和纺丝电压为35kV时,制得的纳米纤维膜的分叉结构更为明显㊂b)表面接触角测试表明TBAC的加入可在一定程度上提高纤维膜的亲水性,可一定程度提升佩戴的舒适性㊂c)树枝状分叉结构对纤维膜的过滤性能影响显著㊂与纯PU纳米纤维膜相比,具有分叉结构的纳米纤维膜过滤效率提高显著,同时滤阻维持在较低水平,综合过滤性能显著提高(品质因子从0.009提高到0.073),体现出比较显著的高效低阻特点㊂制备的树枝状PU纳米纤维膜更适用于高效空气过滤材料的需求,但对分叉结构产生的规律及控制不够明晰,尚需进一步深入研究㊂参考文献:[1]BOROJENI I A,GAJEWSKI G,RIAHI R A.Application of electrospun nonwoven fibers in air filters[J].Fibers, 2022,10(2):15.[2]胡蝶飞,王琰,姚菊明,等.纳米纤维复合结构空气过滤材料性能研究[J].纺织学报,2023,44(5):77-83. HU Diefei,WANG Yan,YAO Juming,et al.Study on performance of nanofiber air filter materials[J].Journal of Textile Research,2023,44(5):77-83.[3]夏勇,赵迎,徐利云,等.抗菌防沾污生物防护材料的制备及其性能[J].纺织学报,2023,44(1):64-70. XIA Yong,ZHAO Ying,XU Liyun,et al.Preparation and properties of antibacterial and anti-contamination.biological protective materials[J].Journal of Textile Research, 2023,44(1):64-70.[4]贾琳,郭天光,孙明楷,等.PAN/ZnO复合纳米纤维滤膜的性能研究[J].棉纺织技术,2022,50(9):1-7. JIA Lin,GUO Tianguang,SUN Mingkai,et al.Property study on PAN/ZnO composite nano fibrous filtration film [J].Cotton Textile Technology,2022,50(9):1-7. [5]程玮,张晶,徐成书,等.羊毛角蛋白与PVA复合纤维膜的制备及其在医用口罩滤芯中的应用[J].现代纺织技术,2023,31(4):74-83.CHENG Wei,ZHANG Jing,XU Chengshu,et al. Preparation of wool keratin and polyvinyl alcohol composite fiber membrane and the exploration as surgical-mask filtration materials[J].Advanced Textile Technology,2023, 31(4):74-83.[6]杨吉震,刘强飞,何瑞东,等.高效低阻空气过滤材料研究进展[J].纺织学报,2022,43(10):209-215. YANG Jizhen,LIU Qiangfei,HE Rundong,et al. Research progress in high efficiency and low resistance air filter materials[J].Journal of Textile Research,2022,43 (10):209-215.[7]李俊,伍文静,孙金玺,等.电纺制备聚丙烯腈/聚偏氟乙烯复合纤维膜及其空气过滤性能[J].复合材料学报,2021,38(3):741-748.LI Jun,LI Wenjing,SUN Jinxi,et al.Preparation of polyacrylonitrile/polyvinylidene fluoride composite fiber membrane by electrospinning and its air filtration performance [J].Acta Materiae Compositae Sinica,2021,38(3): 741-748.[8]DING B,LI C R,MIYAUCHI Y,et al.Formation of novel 2D polymer nanowebs via electrospinning[J].Nanotechnology, 2006,17(15):3685-3691.[9]厉宗洁,王鑫慧,王浩,等.静电纺树枝状聚偏氟乙烯纳米纤维膜的制备[J].高分子材料科学与工程,2023, 39(6):71-77.LI Zongjie,WANG Xinhui,WANG Hao,et al.Preparation of electrospun tree-like polyvinylidene fluoride nanofiber membrane[J].Polymeric Materials Science and Engineering, 2023,39(6):71-77.㊃12㊃第5期李金超等:空气过滤用聚氨酯纳米纤维膜的制备及其性能[10]姚莹,赵为陶,张德锁,等.超支化季铵盐诱导制备树枝状纳米纤维膜及其性能[J].纺织学报,2022,43(10):1-9.YAO Ying,ZHAO Weitao,ZHANG Desuo,et al.Preparation of dendritic nanofiber membrane induced by hyperbranched quaternary ammonium salt and its properties [J].Journal of Textile Research,2022,43(10):1-9.[11]JU J G,SHI Z J,FAN L L,et al.Preparation ofelastomeric tree-like nanofiber membranes using thermoplastic polyurethane by one-step electrospinning[J].Materials Letters,2017,205:190-193.[12]殷妮,刘福娟.空气过滤用纳米纤维膜研究进展[J].现代纺织技术,2021,29(5):26-36.YIN Ni,LIU Fujuan.Research progress on nanofiber membranes in air filtration[J].Advanced Textile Technology, 2021,29(5):26-36.[13]ZHAO X L,WANG S,YIN X,et al.Slip-effectfunctional air filter for efficient purification of PM2.5[J].Scientific Reports,2016,6:35472.[14]曹元鸣,郑蜜,李一飞,等.二硫化钼/聚氨酯复合纤维膜的制备及其光热转换性能[J].纺织学报,2021, 42(9):46-51.CAO Yuanming,ZHENG Mi,LI Yifei,et al.Preparation of MoS2/polyurethane composite fibrous membranes and their photothermal conversion properties[J].Journal of Textile Research,2021,42(9):46-51. [15]秦瑞霞,于世涛.四正丁基溴化铵的合成[J].当代化工,2018,47(4):696-698.QIN Ruixia,YU Shitao.Study on synthesis of tetrabutyl ammonium bromide[J].Contemporary Chemical Industry,2018,47(4):696-698.Preparation and performance of polyurethane nanofiber membrane for air filtrationLI Jinchao1,MEI Shuo2,DU Yujia1,MA Biao1,LI Hong2(1.Department of Textile Engineering,Henan University of Engineering,Zhengzhou451191,China;2.College of Textiles,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou450007,China) Abstract:The damage of air pollution to human health is receiving more and more attention with the development of society.Protective materials for isolating harmful particles bacteria viruses and other harmful microorganisms have attracted unprecedented attention due to the unexpected COVID-19in the past three years.Preparing more efficient and low-resistance air filter materials has important practical significance.Nanofiber membranes prepared by electrospinning technology have the advantages of smaller fiber diameter and higher porosity compared with traditional filter materials.They have been a hot research in the field of high efficiency air filtration in recent years.To expand the application of electrospun nanofiber membranes in the air filtration field and to develop more efficient and low-resistance air filtration materials polyurethane was used as the raw material tetrahydrofuran THF and N N-dimethylformamide DMF were used as solvents in this paper. The polyurethane nanofibers prepared by electrospinning had dendritic branches by adding different kinds of salts to the spinning solution and the conductivity of the spinning solution was increased.The dendritic structures made the pore size of the nanofiber membranes smaller to further improve the filtration efficiency.The influences of the spinning voltage salt type and addition on the morphology hydrophobicity and air filtration of the fiber membrane were studied.The results show that at a solution concentration of14% the type of salt and spinning voltage have great influence on the branching structure and the branching structure of polyurethane nanofiber membranes is most obvious when the TBAC is added with the spinning voltage being35kV.Meanwhile The contact angle of fiber membranes decreases from99.1ʎto82.8ʎwith the addition of the salts the hydrophilicity of membrane materials increases which can improve the moisture absorption and moisture conductivity of air filter materials in a certain level.The filtration performance is significantly improved the filtration efficiency increases from50.8%to 93.6% .The branching superfine nanofibers can further reduce the pore size of the ninafiber membrane which can separate smaller size particles the specific surface area increases as the fiber becomes thinner and thus the contact area between particles and fibers increases the probability of adsorbing and capturing particles increases and thus increases the filtration efficiency of the fiber membrane.At the same time due to the smaller diameter the resistance of the branched ultrafine nanofibers is correspondingly reduced so that the filtration resistance of the filter material is also maintained at a low level and the quality factor that can reflect the comprehensive filtration performance of the filter material is improved from0.009 to0.073.Therefore ultrafine nanofibers are suitable for high-efficiency and low-resistance air filtration materials. Keywords:polyurethane electrospinning nanofiber membrane air filtration filter performance ㊃22㊃现代纺织技术第32卷。
《键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维的构筑及其应用研究》
《键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维的构筑及其应用研究》摘要：本文研究了一种新型的键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维的构筑方法，并对其在医疗、环境等领域的潜在应用进行了深入研究。
通过对材料进行优化和改性，有效提升了其抗菌性能，并在多个领域展现出了优异的应用效果。
本文的研究结果对于拓展新型抗菌材料的应用范围具有重要意义。
一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，抗菌材料的研究和应用日益受到重视。
在医疗、环保、食品包装等领域，具有高效、安全、环保的抗菌材料显得尤为重要。
聚氨酯作为一种常见的合成高分子材料，具有良好的生物相容性和物理性能，而沸石咪唑酯骨架（ZIF）结构则具有较高的热稳定性和优异的离子交换能力。
本研究通过制备键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维，以期获得具有优良抗菌性能的新型材料。
二、键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维的构筑本研究采用溶剂法与静电纺丝技术相结合的方式，制备出具有高比表面积和优良物理性能的聚氨酯纳米纤维。
随后通过引入T-ZIF-8结构，与聚氨酯链形成化学键合，形成键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维。
通过调整溶剂种类、浓度、纺丝条件等参数，优化了纳米纤维的形貌和结构，最终获得了具有优异力学性能和良好抗菌效果的纳米纤维材料。
三、材料的性能分析经过表征和分析，本研究所制备的键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维具有以下特点：1. 良好的力学性能：纳米纤维具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，能够满足多种应用场景的需求。
2. 优异的抗菌性能：通过与T-ZIF-8结构的键合，显著提高了材料的抗菌性能，对多种常见细菌具有显著的抑制和杀灭作用。
3. 良好的生物相容性：材料无毒无害，具有良好的生物相容性，适用于医疗、环保等领域的应用。
4. 稳定的物理化学性质：材料具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够在多种环境下长期使用。
四、应用研究基于上述优异性能，本研究对键合型聚氨酯基T-ZIF-8抗菌纳米纤维在医疗、环保等领域的应用进行了研究。
静电纺丝法制备PCLPLA纳米纤维及其在生物材料方面的研究
二、静电纺丝法制备PCLPLA纳米纤维
3、纺丝过程：通过高压电源施加高电压（通常在10～30 kV）到注射器尖端， 使聚合物溶液在静电场中形成纤维。由于电场力的作用，液滴会拉伸并逐渐固化 形成纤维。这一过程通常在稳定的空气中进行，温度和湿度也需要适当控制。
二、静电纺丝法制备PCLPLA纳米纤维
4、收集和处理纳米纤维：纺丝结束后，收集得到的纳米纤维膜。为了提高其 性能，通常需要进行后处理，如热处理、洗涤、溶剂置换等。
二、聚合物纳米纤维概述
聚合物纳米纤维是指由聚合物分子链构成的直径为纳米级别的纤维。这些纤 维具有很高的比表面积和长径比，使其在吸附、过滤、生物医学等领域具有广泛 的应用前景。此外，聚合物纳米纤维还具有优异的力学性能、化学稳定性以及良 好的生物相容性等特点，使其在众多领域中具有独特的应用价值。
三、静电纺丝法制备聚合物纳米 纤维
功能化研究
功能化研究
通过在静电纺丝过程中引入功能性材料，我们可以对制备出的纳米纤维进行 功能化改性。例如，可以将抗菌剂、药物、生物活性物质等添加到聚合物溶液中， 通过静电纺丝技术将这些功能性成分封装在纳米纤维中。这样制备出的复合纳米 纤维具有多种功能，如抗菌、药物输送、生物相容性等。
结论
结论
引言
引言
静电纺丝技术是一种制备纳米级纤维的有效方法，由于其具有制备简单、材 料广泛、可调谐性质等优点，因此在科学研究和工业生产中得到了广泛的应用。 本次演示主要介绍静电纺丝法制备聚合物复合纳米纤维的工艺过程及纤维的功能 化研究。
静电纺丝技术
静电纺丝技术
静电纺丝技术的基本原理是利用高电压电场驱动聚合物溶液或熔体克服表面 张力形成射流，然后在电场中固化成纤维。静电纺丝的过程包括溶液制备、电场 建立、射流形成、纤维固化等几个阶段。
常用静电纺丝经验参数
水
130万左右
三氯甲烷、DMF、六氟异丙 醇、四氢呋喃
13万
溶剂为水，浓度为40-45%，电压1520KV，喷射距离15-20cm
溶剂为六氟异丙醇，电压10-15KV，喷射 距离15cm，推进速度0.0010mm/s
生物医学 能源
电池隔膜
能源
PTFE
聚四氟乙烯
空气过滤和水过滤
过滤
PS
聚苯乙烯
过滤材料
过滤
PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 其他
其他
PI
聚酰亚胺
过滤
9%左右
1.5%左右 5%-12.5% 10%
8%左右
12-15% 12%-15% 20-25% PTFE/PVP质量 比为6:4，纺丝 液浓度为24%， 20%左右
20-26%
10%-12%
常用溶剂
常用分子量
12万
丙酮、氯仿、DMF、二氯甲烷 、丙酮/DMAC、DCM/甲醇
10万
三氯甲烷、DMF、二氯甲烷、 六氟异丙醇、四氢呋喃
10万
二氯甲烷、三氯甲烷、六氟异 丙醇、DMF
12万左右
文献上用过的纺丝方法
熔融纺丝（220-280℃） 羟基取代度为2.38-2.49，溶剂为丙酮： DMAC：水为7:2:1，电压12-20KV，接受距 离10-15cm，流量0.3-0.5ml/h 溶液浓度为5%-14%，溶剂为丙酮：三氯甲 烷为1:2，电压15-25KV，接受距离1020cm，流量0.1-1.0ml/h PLGA分子量为12万，PLA/PGA为50:50， 溶剂为DMF与THF混合溶液电压10-20KV， 接收距离15cm，流量1ml/h
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直径 分布在 ２ ０～１ ０ １ 之 间的聚氨 酯 纤维非 织造布 。 ５ ０ ０／３ ＿ １ １
关 键 词 ： 氨 酯 ； 电纺 丝 ； 响 因素 聚 静 影 中图分 类号 ：Ｑ ３ ３ ８ Ｔ ２ ． 文 献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ５—１０ （０ １ ０ ０ ３ Ｏ １０ ９ ２ ２ １ ） ３— ０ ４一 ３
ｇ
＼
面 张力也 越 大 ， 喷射 流在 离 开 喷 嘴 后 的分 裂 能力 相
应减 弱 ， 使纤 维 直 径 增 大 。而 且 聚 氨 酯 树 脂 固 体含 量越 大 ， 溶剂 含量 越 少 ， 发后 剩 余 的溶 质 越 多 ， 挥 也
使得 纤维 的直径更 大 。同时 ， 图 ２也 还 可观察 到 ， 从
纤维平 均 直径 总体 上 随溶 液 固含 量增 大而 提高 。
２ ２ 纺 丝 电压对 Ｐ ． Ｕ整 理 纤维 形貌 和直 径影 响
图 ２ 固含 量 与 纤 维 平 均 直 径 的 关 系
在 聚氨酯 溶 液 固体质 量 分 数 为 １ ％ 、 收距 离 ０ 接 为 １ ｍ、 ８ｅ 纺丝 液 流 量 为 １６ ｍＬ ｈ的 条 件 下 ， 过 ． ／ 通 改变 纺丝 电 压 来 观 察 电压 对 纤 维 形 貌 和 直 径 的影
■ ■ ■ ■ ■
８ ％ ９ ％ １ ０％ １ ％ １
图 １ 不 同 固含 量 的 聚 氨 酯 溶 液 纺 制的 纤维 Ｓ Ｍ 图片 Ｅ
第 ３期
吕蕊 ， ・ 氨 酯 静 电 纺 丝 条 件 的 探 索 等 聚
・３ ・ ５
酯树 脂 聚合 物含 量 的增 大 ， 个体 系 的粘 度增 大 ， 整 表
米 纤维 ， 喷头 与收集 滚筒 间形成 高压 电场 ， 通过 改变
电压 、 注射器 的挤 出速 率 、 收距 离等 纺 丝条 件 ， 接 纺 制 不 同的纳米纤 维非 织造布 。
２ 结果与 讨论
酯静 电纺 丝制 备 Ｐ Ｕ纳米 纤 维非 织 造 布 的几 个影 响
因素进 行 了研究 。 １ 试 验部分
响 ， 果 见 图 ３和 图 ４ 结 。
由 图 １ 以看 出 ， 可 随着 纺 丝溶 液 固含量 的增加 ，
纤 维 的直 径 随之增 大 变粗 ， 主要 是 因为 随着 聚 氨 这
■■■■
图 ３ 不 同纺 丝 电 压 下 纤 维 的 Ｓ Ｍ 图 片 Ｅ
过程 中 ， 喷射 流 问静 电排 斥力 增 大 ， 大 了其运 动 的 加
纺 丝距 离为 １ ｍ、 ８ｃ 纺丝 液流 量 为 １６ｍＬｈ的条 件 ． ／
下， 进行 静 电纺 丝 ， Ｓ Ｍ 测 得 电镜 照 片见 图 １ 聚 经 Ｅ ，
酰胺 （ ＭＦ 和 四氢 呋 喃 （ ＨＦ ， 为 分 析 纯 ， 京 Ｄ ） Ｔ ）均 北
化工 厂 。
氨 酯溶液 固含量 与纤 维直径 的关 系见 图 ２ 。
限公 司 。
医疗卫 生 等 领 域 。聚 氨 酯 纤 维 的生 产 方 法 有 干
法 纺丝 、 湿法 纺丝 、 熔融 纺丝 以及 近年来 研究 较多 的 静 电纺 丝 法 。静 电纺 丝 法 就 是 在 高 压 静 电场 条 件
１ ３ 纺丝溶作用下经拉伸而获
聚
・
氨
酯
工
业
２ １ 年第 ２ ０１ ６卷 第 ３期
２ １ ． １２ ｏ ３ ０ １ Ｖｏ ． ６ Ｎ ．
３ ・ ４
Ｐ０ＬＹＵＲＥＴＨ ＡＮＥ ＮＤＵＳ Ｉ ＴＲＹ
聚 氨 酯 静 电纺 丝 条 件 的 探 索
吕 蕊 周 静宜 陈 放 赵 国梁
（ 京服装 学院 北
１０ ２ ） ００９
２１ Ｐ ． Ｕ溶 液含量对 纤维 形貌 和直径 的影响
分 别 配 制 固 体 质 量 分 数 为 ８ 、 ％ 、０ ， ％ ９ １％ １ ％ 、２ 的聚氨 酯 纺 丝溶 液 ， 电压 为 ３ ． Ｖ、 １ １％ 在 ２５ｋ
１ １ 原 料与试 剂 ． 聚 氨酯树 脂 ， 维级 ， 纤 国外 进 口； Ｎ 二 甲基 甲 Ｎ， 一
得细 小纤维 的 一种 技术 方 法 。静 电纺丝 技术 的核心 是使 带 电 的高 分 子 溶 液 或 熔 体 在 电 场 中流 动 或 变 形 ， 后经 溶剂 的蒸 发 或熔 体 冷 却 而 固化得 到纤 维 然
状物质 。采用 静 电纺丝 技术 制 得 的纤 维 直径 在 ３—
以 Ｔ Ｆ和 Ｄ Ｈ ＭＦ混 合溶 液 （ 质量 比 １ １ 作 为溶 ：）
１ ２ 仪器 与设 备 ．
聚氨 酯 （ Ｕ） 维 具 有优 良的韧 性 、 性 、 磨 Ｐ 纤 弹 耐 性和 生物相 容性 』广 泛 应 用 于轻 工 、 电 、 织 和 ， 家 纺
Ｎ Ｕ型纳米 纤 静 电纺丝 装 置 ， Ｅ 日本加 多技 术株 式会 社 ；Ｓ ６ ６ ＪＭ－３ ０型 扫描 电镜 （ Ｅ ， Ｓ Ｍ） 日本 电子有
摘
要 ： 用静 电纺 丝法制备 聚 氨 酯纤 维非 织造 布 ， 助扫 描 电子 显微 镜 分析 了静 电纺 丝液 的 浓 采 借
度、 纺丝 电压和 纺 丝液挤 出速 率等 因素对 纤 维直径及 形貌和 结构 的影响 。结 果表 明， 纺丝 液 固体 在
质 量分数 ８ 一１ ％ 、纺丝 电压 ３ ． ３ ． Ｖ、 ％ ２ ２ ５～ ７ ５ｋ 纺丝液挤 出速 率 ０ ８～ ． Ｌ ｈ范围 内， 纺制 出 ． ２４ｍ ／ 能
剂， 制备 不 同固含量 的聚氨酯 纺丝 液 。
１４ 静 电纺丝 制备 ＰＥ纳 米纤维非 织造布 ． Ｉ ／
‘
采用 静 电纺 丝装 置 ， 一次 性 针管 装 聚氨 酯树 用 脂溶 液 ， 平针 头作 为喷射 孔 ， 筒表 面附铝箔接 收纳 滚
５ ｍ之间， 由静 电纺 丝纤 维组成 的静 电纺 丝非 织造 布具 有 三维杂 乱结 构 、 的 比表面 积和孔 隙率 、 高 良好 的柔 软性 和 防水 透 湿 性 能 。本 工 作 主 要 对 聚 氨