电纺法制备聚合物纳米纤维的研究进展

电纺技术是一种制备聚合物纳米纤维的新方法,它可制备出直径为纳米级的超细纤维,最小直径可至1nm.电纺法制备聚合物纳米纤维具有设备简单、操作容易以及高效等优点,它是目前能直接、连续制备聚合物纳米纤维的有效方法.本文介绍了电纺过程、原理及影响纤维性能的主要因素,综述了电纺技术在生物医学材料,复合增强纤维,无机纳米纤维,导电纳米纤维等方面的应用进展,最后对电纺技术在制备聚合物纳米纤维方面的发展前景作出了展望.     

电纺法及其在制备聚合物纳米纤维中的应用

在介绍电纺法的基础上,对电纺法制备聚合物和导电聚合物纳米纤维的影响参数和电纺纤维的应用研究进行了综述,同时展望了该方法在制备聚合物纳米纤维方面存在的挑战和机遇。     

静电纺丝——从无规纳米纤维膜到取向连续长纱

静电纺丝是通过对聚合物溶液或熔体施加外电场制造纳米纤维的有效方法.电纺过程中,在静电力作用下聚合物射流快速鞭动,形成的纳米纤维无规堆砌,得到无纺布状的无规纳米纤维膜.这种纳米纤维膜具有极大的比表面积,已用于超高效过滤,在刨伤修复、组织工程、水处理等领域有广泛的应用前景.为了进一步拓展纳米纤维在纤维工业、纺织品、微制造等领域的应用,电纺纳米纤维的取向和连续长纱的制备研究受到科学家的重视,文献报道了多种纳米纤维取向方法.本文分析了纳米纤维膜无规堆砌结构的形成机理,总结了纳米纤维取向研究和连续长纱制备研究进展,特别介绍了基于静电作用分析提出的共轭电纺方法,讨论了取向纳米纤维的应用以及纳米纤维未来的研究方向.     

熔体静电纺丝研究进展

静电纺丝法是制备超细/纳米纤维的一种有效方法。相对于研究已经较为深入广泛的溶液电纺,熔体电纺还处于研究的初级阶段。但其原料适用性广、无毒无污染及产品转化率高等特点,使其在过滤、生物医药等领域有着广阔的应用前景。同时,熔体电纺也存在装置较复杂、纤维直径较粗等缺陷。本文介绍了目前熔体电纺的各典型装置,总结了用于熔体电纺的聚合物种类、实验工艺,比较了各种聚合物纺丝过程中的参数对纤维物化性质的影响,探讨了熔体电纺纤维的应用,并对其发展方向进行了预测和展望。     

刺激响应性电纺纳米纤维

采用静电纺丝法制备的、平均直径通常小于1000 nm的刺激响应性电纺纳米纤维是一种可响应外界刺激而发生物理化学性能改变的智能聚合物纤维,由它形成的纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、对外界刺激产生响应速度快等优点,因此在诸多领域显示出诱人的应用前景,是近年来受到国内外高度关注的一种智能纳米材料。本文首先归纳了制备刺激响应性电纺纳米纤维的三种方法。然后从成纤聚合物的合成或选用、纺丝液配制、静电纺丝和后处理4个方面讨论了制备过程中影响纳米纤维尺寸、结构和刺激响应性等性能的主要因素。接下来重点述评了除电场外的其他各种刺激响应性电纺纳米纤维的设计及其构建研究进展,另外介绍了这些刺激响应性电纺纳米纤维膜在分离与纯化、药物控制释放、伤口敷料、细胞培养、传感器与检测等方面的应用研究情况。最后,就它们的未来研究方向进行了展望。     

聚丙烯腈电纺纤维的功能化

聚丙烯腈是一种性能优异、应用广泛的成纤聚合物,静电纺丝技术则可用于制备聚丙烯腈纳米纤维,本文对聚丙烯腈纳米纤维的功能化进行了综述.通过表面仿生修饰、碳纳米管填充等方法改性的聚丙烯腈电纺纤维被尝试作为酶固定化的载体材料,在显著提高载酶量的同时,能大幅度提高酶活性.糖基功能化的纳米纤维对特定的蛋白质具有较高的识别效率,可望用于蛋白质的分离与纯化.卟啉化的聚丙烯腈电纺纤维则在显示出荧光特性的同时,在催化、传感等方面具有潜在的应用前景.     

AgNPs-AC复合纤维的制备及其吸附与抗菌性能

制备具有较好吸附抗菌性能的纳米过滤材料是过滤领域的一个关键问题。在多种纤维与薄膜材料的制备方法中,静电纺丝法具有比表面积大、孔隙率高的特点,为制备具有吸附抗菌性能的纳米过滤材料提供了一种有效思路。本文通过静电纺丝法制备了纳米银颗粒-活性炭(AgNPs-AC)复合纳米纤维膜,将纳米银颗粒沉积在活性炭载体上,目的是制备一种具有良好吸附抗菌功能的高性能过滤电纺复合纤维膜。通过SEM、XRD等设备对复合纳米纤维的形貌与结构进行表征,并考察该复合纤维膜的吸附性能和抗菌性能。结果表明,所制备的AgNPs-AC复合纳米纤维膜随活性炭、银浓度的增大,纤维直径分布逐步趋于均匀。并且在EVOH质量分数为10%,硝酸银/活性炭浓度比为0.05/0.085时,该复合纤维膜的吸附性能最好。此外,AgNPs-AC复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌表现出良好的抗菌性能。     

溶液沉淀法制备ZnS-氟碳聚合物电纺纤维复合光催化材料

以含有羧基的氟碳聚合物电纺纤维毡为载体,采用均匀沉淀法于常温溶液中在纤维表面制备分布均匀、直径50 nm左右的硫化锌-氟碳聚合物电纺纤维复合光催化材料. 在紫外光照220 min时,对次甲基蓝降解的残留质量分数为0.03%,低于同等条件下的纳米ZnS粉体,重复5次光降解其仍具有较好的稳定性.     

溶液沉淀法制备ZnS-氟碳聚合物电纺纤维光催化复合材料

利用含有羧基的氟碳聚合物电纺纤维为载体和模板材料,常温溶液条件下利用均匀沉淀法,在纤维表面负载硫化锌纳米粒子。通过控制反应条件,得到氟碳聚合物电纺纤维表面均匀分布、无团聚的直径在十几纳米左右的硫化锌-氟碳聚合物电纺纤维光催化复合材料。光催化复合材料的高比表面积和水中有机物富集能力使其在紫外光辐照条件下对次甲基蓝降解效率明显高于ZnS粉体。重复降解实验显示复合材料具有较好的稳定性和重复光催化能力。     

静电纺丝制备图案化无机纳米纤维

静电纺丝技术近几年在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用,被认为是批量制备纳米纤维材料最简单有效的方法。本文综述了近几年高压静电纺丝技术制备图案化无机物纳米纤维的纺丝装置和过程,特别详细综述了纺丝过程中纤维直径的变化,利用带电流体动力学(EHD)理论推导出纤维直径变化的运动方程,并对方程进行一定程度的修订,以符合电纺无机物纳米纤维直径的变化;并综述了取向纳米纤维、中空纳米纤维、壳-核结构纳米纤维、纳米线、纳米带、纳米管及多层次结构纳米纤维的构建及其基本性能。最后对电纺制备图案化无机纳米纤维未来发展方向,特别是功能化多层次结构电纺无机纳米纤维制备进行了展望。