PAN/PEO和CA/PEO同轴静电纺丝纤维的制备及其力学性能研究

近年来,同轴静电纺丝技术广泛地用于制造各种多功能复合材料,同时聚合物受限结晶行为的研究倍受关注,许多方法被用来制备结晶性聚合物的受限空间。结合这两种研究背景,本文利用同轴静电纺丝技术,制备了聚丙烯腈(PAN)/聚氧化乙烯(PEO)和醋酸纤维素(CA)/PEO两种复合纤维,通过扫描电子显微镜和透射电子纤维镜对复合纤维形态结构分析,发现复合纤维具有皮芯结构,其中PEO作为芯层被包裹在外层PAN或CA中,同时改变静电纺丝时PEO溶液的浓度,复合纤维的直径和PEO芯层的直径也随之改变,从而为结晶性聚合物PEO提供了不同尺寸的受限空间。此外,对复合纤维膜进行了力学性能测试,结果发现CA/PEO复合纤维膜的拉伸性能要优于PAN/PEO复合纤维膜。     

溶液喷纺法制备聚乳酸/锂藻土复合纳米纤维膜及其性能

为改善聚左旋乳酸(PLLA)的亲水性和生物活性,采用溶液喷纺法将具有良好亲水性和生物活性的锂藻土(LAP)复合到PLLA纳米纺丝膜中。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、万能试验机、接触角测量仪对纤维膜的形貌、化学结构、力学性能和亲水性进行了表征,并研究了纤维膜的降解性能和细胞相容性。结果表明,适量LAP可在PLLA纳米纤维中均匀分布,所得PLLA/LAP杂化纳米纤维直径为200～300 nm。LAP的引入有助于改进PLLA的亲水性,并提高其力学性能,同时可在一定程度上调节PLLA的降解速率。体外生物学评估表明,LAP的引入能提高纳米纺丝膜的细胞增殖效应。     

聚左旋乳酸/聚氧化乙烯共混物的拉伸行为及结构转变

采用熔融共混方法制备了聚左旋乳酸(PLLA)和超高分子量聚氧化乙烯(PEO)共混物, 通过差示扫描量热(DSC)、 扫描电子显微镜(SEM)和二维广角X射线散射(2D-WAXS)等方法系统研究了PEO的加入对不同温度下PLLA拉伸行为及拉伸过程中微观结构变化的影响. 结果表明, PLLA/PEO共混物为非均相体系, PEO粒子均匀分布在PLLA中形成两相结构. PEO的加入能够显著降低PLLA的玻璃化转变温度(T_g), 在25～60 ℃范围内显著提高PLLA的拉伸性能. 在60 ℃拉伸时, PEO的加入提高了PLLA在拉伸过程中的结晶和形变能力. 在80 ℃拉伸时, 共混物的拉伸断裂伸长率下降, 但共混物的结晶速度仍高于纯PLLA样品.     

聚L-乳酸/聚(天冬氨酸-co-乳酸)共混物的制备及其相容性研究

采用氯仿/乙醇共沸溶液浇铸法制备了混合均匀的聚L-乳酸/聚(天冬氨酸-co-乳酸)共混物(PLLA/PAL)体系.研究了PLLA/PAL共混体系的热性能、结晶行为、形态结构和力学性能,评价了PLLA和PAL之间的相容性.结果表明,PAL对PLLA的结晶行为和热性能产生了较大的影响,共混物的结晶度较低,共混体系中部分PAL会进入PLLA球晶的片晶而导致PLLA球晶结构不完善,熔点降低.PAL的含量小于20%的PLLA/PAL共混物的拉伸强度和断裂延伸率均高于纯PLLA.PLLA和PAL分子链相互缠结,产生的氢键使分子链间存在较强的相互作用,具有较好的相容性.     

静电纺丝法制备PLLA/g-HNTs复合纳米纤维膜及其性能研究

以辛酸亚锡为催化剂,利用HNTs表面的羟基引发L-LA开环聚合,合成了表面接枝聚(L-乳酸)(PLLA)链段的埃洛石纳米管(g-HNTs),通过红外、热失重和透射电镜对改性前后HNTs的组成与形貌进行了观察;然后采用静电纺丝技术制备了PLLA纳米纤维膜以及不同组成的PLLA/HNTs和PLLA/g-HNTs复合纳米纤维膜,探讨了纺丝条件对纳米纤维膜形貌的影响,并对复合膜的组成、形貌、力学性能和细胞相容性进行了研究.结果表明,当HNTs与L-LA的摩尔投料比为1∶10时,g-HNTs表面PLLA链段的接枝率为14.22％,HNTs纳米管的形态在接枝后变化不大,易于在无水乙醇中分散.电压强度和进样速率对纤维膜的形貌有一定影响,当电压强度为15 kV、进样速率为1 mL/h时,电纺纤维的直径较为均匀.复合纤维膜中g-HNTs在基体PLLA中的分散性以及与基体的界面相容性要优于相应的HNTs,当g-HNTs含量高达40％时,复合纳米纤维膜中的纤维形态仍然保持较好,可以得到连续、粗细较均匀的纤维;随着HNTs和g-HNTs含量增加,复合纳米纤维膜的拉伸强度和模量先增大后下降,当HNTs和g-HNTs的含量为5％时,两种复合纳米纤维膜的拉伸强度和模量均达到最大值,但PLLA/g-HNTs组复合纳米纤维膜的拉伸强度始终大于相应的PLLA/HNTs组.体外3T3细胞培养结果显示,PLLA/g-HNTs复合纳米纤维膜具有良好的细胞相容性,且优于相应的PLLA和PLLA/HNTs纳米纤维膜.     

聚偏氟乙烯/左旋聚乳酸的相容性及其共混膜的结构和性能研究

动态力学分析(DMA)、溶度参数法、聚合物混合焓法对聚偏氟乙烯(PVDF)和左旋聚乳酸(PLLA)的相容性分析结果显示,随着共混体系中PLLA的增加,PVDF和PLLA之间的相容性变差。扫描电镜(SEM)、广角X-射线衍射(WAXD)和拉伸实验对共混膜中PVDF/PLLA配比对其微观结构和力学性能影响的分析结果显示,随PLLA含量从10%增加到50%,共混膜由均匀致密结构变为存在缝隙的多孔结构,共混膜结晶度增加,断裂伸长率下降,断裂强度先增加后下降,在PLLA含量为40%时,强度达到最大。     

PLLA/β-TCP杂化微纳米纤维的制备及其性能

将湿法工艺合成的β-磷酸钙纳米粒子与左旋聚乳酸(PLLA)的混合溶液通过电纺丝法制成杂化纳米纤维膜,以期制备一种新型纳米纤维骨组织修复材料。采用FT-IR,XRD,TEM,DSC等手段研究了β-磷酸钙(β-TCP)的结构和形态,采用SEM和直径分布探讨了优化PLLA/β-TCP纤维的电纺丝工艺。结果表明:采用湿法合成β-TCP的纳米粒子具有良好的晶型结构,直径在219~328 nm之间;采用双溶剂体系在优化条件下制备的PLLA/β-TCP杂化纳米纤维直径在500~700 nm之间,PLLA/β-TCP界面结合良好,β-TCP起到了增强作用。在湿态条件下,PLLA纤维膜的力学性能有所提高,而PLLA/β-TCP纤维膜的力学性能则呈现下降趋势。     

纳米羟基磷灰石表面接枝聚合左旋丙交酯

为了改善HA纳米粒子与有机PLGA的相容性,分别采用六亚甲基二异氰酸酯加乙二醇、左旋乳酸改性纳米粒子表面后或直接原位接枝聚合左旋丙交酯等3种不同方法,制备了表面修饰聚乳酸的纳米羟基磷灰石(PLLA-g-HA).FTIR、XPS、TEM、TGA测试表明PLLA成功接枝到HA的表面.其中六亚甲基二异氰酸酯加乙二醇改性HA纳米粒子所获得的PLLA接枝率远高于其它两种方法达25%,调整有机相和无机相的比例对PLLA接枝率的影响较小,其在氯仿中可以稳定分散2天以上.共混电纺丝后的拉伸测试表明PLLA-g-HA/PLAG复合纤维膜的力学性能高于HA/PLGA膜,当两者之间的比例为5%拉伸性能达到最大值.     

接枝改性POSS对PLLA结晶行为的影响*

以二氯甲烷为溶剂,利用溶液共混法将三种聚笼形多面体倍半硅氧烷(POSS)分别与聚左旋乳酸(PLLA)进行共混,制备了不同POSS含量的单氨基POSS(POSS-NH₂)/PLLA、POSS接枝聚乙二醇(POSS-PEG)/PLLA和POSS接枝聚乳酸(POSS-g-PLLA)/PLLA复合材料。利用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、偏光显微镜(POM) 分别对复合材料的本体结晶行为、热稳定性及结晶形貌和生长速率进行了观察。结果表明当加入不同质量分数(1 wt%, 5 wt%, 10 wt%)的POSS-PEG时,PLLA的结晶能力均得到改善,而POSS-NH2和POSS-g-PLLA仅在质量分数较低(1wt%)时对PLLA起成核剂的作用,具有较高质量分数时会阻碍PLLA分子链段的运动,从而限制其结晶。三种复合材料中仅POSS-PEG在一定程度上提高了PLLA的热稳定性,利用POM观察球晶生长过程发现POSS-PEG的加入提高了PLLA的球晶生长速率。     

羟基磷灰石/丝素蛋白复合纤维的制备及其矿化研究

在以静电纺丝法制备羟基磷灰石(HAP)/丝素蛋白(SF)复合纤维的前提下, 采用同轴共纺法获得了以HAP为“芯”、SF为“皮”的双组分电纺纤维(电纺膜), 并通过扫描和透射电镜、红外光谱以及X射线衍射等手段对电纺纤维进行了表征. 结果表明, HAP均存在于上述两种方法制备的纳米纤维中, 但同轴共纺法不仅可以避免HAP/SF共混电纺时pH值对丝素蛋白结构的影响, 并且能大大提高电纺膜中HAP的含量. 同时, 我们还分别以SF纤维、HAP/SF复合纤维和HAP/SF“皮-芯”纤维作为有机基质, 对羟基磷灰石在其上的矿化过程进行了探索, 结果表明含较多羟基磷灰石的HAP/SF“皮-芯”纤维更有利于矿化的进行.     

新型携载人胰岛素样生长因子-1纤维屏障膜的制备及其理化和生物性能

通过同轴静电纺丝技术制备携载人胰岛素样生长因子-1(IGF-1)的纤维屏障膜(IGF-1/SF/PLLACL),其结构和性能经SEM,TEM和XRD表征。与非载药同轴静电纺丝纤维膜在表观形貌、理化性能、生物学性能和膜屏障功能等方面进行对比,研究了其在引导性骨组织再生中的可应用性。结果显示:纤维膜呈网状结构,IGF-1/SF/PLLACL形成芯壳双层结构;非载药纤维膜的接触角和机械强度均略高于载药组纤维,差异具有统计学意义(P0.05);载药组与非载药组纤维膜的衍射趋势与聚左旋乳酸聚己内酯晶体相似,丝素蛋白和胰岛素样生长因子-1的加入并未改变其相组成。3 d内IGF-1突释现象严重,之后曲线逐渐平缓,呈缓释状态;载药组细胞活性和碱性磷酸酶活性较非载药组高,略低于IGF-1对照组,差异有统计学意义(P0.05),而且两组纤维膜均具有阻挡成纤维细胞长入的屏障功能。     

拉伸对聚左旋乳酸结晶的影响

在成型加工过程中,拉伸是提高聚合物材料结晶能力的一种重要手段. 本文采用红外光谱、差示扫描量热分析、X射线衍射等方法系统研究了不同温度下拉伸对聚左旋乳酸（PLLA）结晶行为的影响. 结果表明,在合适的温度条件下,拉伸能迅速提高PLLA的结晶速度和结晶度. 对经过拉伸预处理但未结晶的PLLA样品进行等温及非等温结晶的研究发现,经过拉伸预处理的PLLA样品的结晶速率和结晶度都得到提高,这表明预拉伸会影响PLLA在后续过程中的结晶行为.     

具有抗菌性能的载药复合微纳米纤维的制备及其结构和性能表征

利用静电纺丝技术制备了一种具有抗菌性能的氧化锌(ZnO)/聚乳酸(PLA)/聚己内酯(PCL)载药微纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对复合膜的表面形态、元素组成和化学结构进行表征。通过抗菌实验评价了复合膜的抗菌性能,用紫外分光光度计测试复合膜在体外的药物释放行为。结果显示,以物理共混的方式将ZnO和氢溴酸高乌甲素(LAH)成功载入复合微纳米纤维;与PLA/PCL复合微纳米纤维膜相比,ZnO/PLA/PCL复合微纳米纤维膜表现出更好的抗菌效率。当ZnO含量为10%(wt)时,复合微纳米纤维膜具有最佳的抗菌性能;药物释放性能结果表明,ZnO/PLA/PCL复合微纳米纤维膜具有良好的药物缓释性能。     

聚左旋乳酸/聚消旋乳酸共混物的结晶行为

非晶态聚消旋乳酸(PDLLA)对PLLA的结晶行为有较大的影响。本文利用差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)对不同分子量PLLA、PDLLA按不同比例制得的共混物结晶进行了系统研究。结果表明随PDLLA含量的增大PLLA冷结晶温度升高,且越接近熔融温度。PDLLA分子量较小时PLLA球晶特征被明显破坏,PDLLA分子量较大时PLLA更易形保持球晶特征且易形成环带球晶形貌,这与结晶速率与非晶组分的扩散速率匹配程度有关。低分子量的PDLLA使PLLA的最大生长速率对应的温度出现在较低温度。     

PLGA/明胶共混体系的静电纺丝研究

采用静电纺丝技术制备了聚乳酸乙醇酸(PLGA)/明胶(Gt)的复合超细纤维, 考察了溶液浓度、电压及流速对纤维形貌的影响. 研究了不同明胶比例的纤维膜的微观形貌和干湿态的力学性能. 结果表明, 在溶液浓度0.12 g/mL, 电压7.5 kV, 流速0.8 mL/h条件下, 所得PLGA/Gt复合纤维直径较小, 粗细较均匀且缺陷少. 含有明胶的复合纤维直径远小于PLGA单纺纤维直径, 明胶的加入降低了膜的拉伸强度和断裂伸长率, 提高了膜的亲水性. 经PBS浸泡后, 复合膜的弹性得到加强. 明胶质量分数为5%和10%时, 纤维直径分布较窄, 当明胶的质量分数增加至15%时, 纤维的直径分布变宽.     

立构复合化聚乳酸纳纤膜的制备及高效滤除PM2.5性能

聚乳酸(PLA)纳米纤维在环境友好型纤维过滤材料领域有良好的应用前景,但受制于其本征螺旋分子链构象和低介电常数的不足,导致其驻极性能差、过滤性能(过滤效率及压降)易衰减以及有效服役周期短.本文将高旋光性的聚L-乳酸(PLLA)和聚D-乳酸(PDLA)溶液共混,并通过静电纺丝过程的高压静电场诱导C=O基团加速取向极化,形成高电活性的立构复合晶体(SCs),显著提高聚乳酸纳纤膜的表面电位、介电常数及驻极效果等电活性特征,增大纤维表面静电斥力,促进PLA纳纤膜(PLA NFMs)的纤维细化,从而使其压降大幅降低(85 L/min, 209.2 Pa),过滤PM_2.5效率显著提高至96.32%(纯PLLA对比样为72.44%).更重要的是,立构复合化PLA纳纤膜(SC-PLA NFMs)的过滤性能受气体流量变化影响较小(10～85 L/min),当气流增大时,过滤效率的衰减远远低于纯PLLA,在高气流下的稳定性使其能更好地满足在空气过滤领域的实际应用需求.此外,提高PLA纳纤膜电活性可显著增强摩擦生电输出性能和呼吸振动激发电信号,为基于人体呼吸的生理特征监测奠定理论基础....     

具有形状记忆效应的仿生复合纳米纤维的制备与性能评价

将乳酸-己内酯共聚物(PLCL)、羟基磷灰石(HAp)和胶原(Col)(质量比92.5∶5∶2.5)通过静电纺丝法制备出PLCL/HAp/Col三元复合纳米纤维,表征了其形貌结构、热稳定性、力学性能、形状记忆和生物学性能,探讨了其作为一种新型仿生支架用于骨组织再生的可能性.结果表明,所制备的复合纳米纤维形貌均一、直径约为500 nm,HAp和Col被嵌入PLCL纤维基体中.生物活性成分HAp及Col的引入可使PLCL纤维的玻璃化转变温度(Tg,即形状记忆转变温度Ttran)维持在～38℃,而力学性能则获得显著提高[杨氏模量从(95.77±1.24)MPa增加到(111.97±4.45)MPa].PLCL/HAp/Col复合纳米纤维具有较好的形状固定率(99%)和形状回复率(96%).生物学评价表明,HAp及Col的加入有利于大鼠源骨髓间充质干细胞(r BMSCs)的黏附与增殖,也能增强碱性磷酸酶(ALP)、Col的表达和矿物沉积.本文为进一步研究PLCL/HAp/Col的生物力学效应奠定了基础.     

聚羟基丁酸酯/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备及其对重金属离子吸附分离性能的研究

以聚羟基丁酸酯和碳纳米管为原料,采用三氯甲烷/二甲基甲酰胺混合溶液为溶剂,利用静电纺丝技术制备了聚羟基丁酸酯/碳纳米管复合纳米纤维膜.研究了碳纳米管的含量对纳米纤维膜形貌和力学性能的影响,探讨了复合纳米纤维膜对重金属Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附特性.实验结果表明:加入1 wt%碳纳米管能够将纳米纤维的平均直径从(728±146)nm降低至(468±89)nm,纳米纤维膜的比表面积从27.24 m~2/g提高至43.45 m~2/g;碳纳米管的复合能够有效增强聚羟基丁酸酯纳米纤维,当碳纳米管含量1 wt%为最佳,拉伸强度可达5.85 MPa,较纯聚羟基丁酸酯纳米纤维提升了115%.复合纳米纤维膜对重金属离子具有良好的吸附特性,其对Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的最佳吸附pH值为5,此时最大吸附容量分别为91.04、171.05和197.03mg/g,平衡吸附时间分别约为50、60和60 min,吸附率分别为1.79、2.83和3.28 mg/g/min;热力学和动力学分析表明,复合纳米纤维膜对重金属Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附行为更符合Freundlich模型,吸附过程更符合Pseudo-second order模型;循环使用实验表明,重复使用5次后,其吸附容量可保持在初始值的87%以上,具有较好的使用寿命.     

静电纺丝纳米纤维基凝胶聚合物电解质的研究进展

凝胶聚合物电解质(GPEs)可以解决传统电池的漏液问题和低能量密度问题,提高电池的安全性能,使电池轻便化,薄型化和外形多样化。静电纺丝技术可以控制纤维的直径和孔隙率,平衡GPEs离子电导率和力学性能,实现两者的共同提高,引起众多学者的研究兴趣。重点对聚偏氟乙烯(PVDF)电纺膜基凝胶聚合物电解质和聚丙烯腈(PAN)电纺膜基凝胶聚合物电解质的制备工艺和性能的研究进展进行了介绍,并对静电纺丝纳米纤维基凝胶聚合物电解质存在的问题和研究方向进行了探讨。     

界面立构复合化电活性聚乳酸纳纤膜的制备及高效过滤性能

聚乳酸纤维膜在可降解空气过滤材料领域具有巨大潜力,但低比例的电活性相导致纤维膜的介电性能较弱,难以满足高性能空气颗粒物(PMs)过滤材料的需要.本文利用聚L-乳酸(PLLA)和聚D-乳酸(PDLA)组成的立构复合物(SC)提供高比例电活性相,采用同轴静电纺丝策略构筑界面立构复合化的电活性聚乳酸纳纤膜.通过改变纺丝时的注射速度,调控纤维形貌以及羰基(C=O)偶极子、 β晶相和界面立构复合晶(SCs)的形成,得到的核壳(CS)结构纳纤膜具有改善的表面电势(9.3 kV)和介电常数(1.60 F/m).界面立构复合化的纤维膜力学性能提升显著,核部PLLA和壳部PDLA的注射速度分别为1.0和0.5 mL/h时获得的CS1.5纳纤膜的拉伸强度和杨氏模量分别达到17.2和351.1 MPa,明显优于纯聚乳酸纤维膜.更重要的是,提升的电活性显著增强了聚乳酸纳纤膜对PM0.3和PM2.5的过滤效率,界面立构复合化在应对高流速下捕尘时具有独特优势, CS1.5纳纤膜的过滤效率由10 L/min时的82.5%提升至85 L/min时的97.9%.本文提出了采用界面立构复合化激发聚乳酸电活性的策略,为解决...