《静电纺丝_从无规纳米纤维膜到取向连续长纱》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静电纺丝_从无规纳米纤维膜到取向连续长纱（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、进 展 评 述静 电 纺 丝 从 无 规 纳 米 纤 维 膜 到 取 向 连 续 长 纱李 新 松 姚 琛(东 南 大 学 化 学 化 工 学 院 生 物 材 料 和 药 物 释 放 实 验 室 南 京 210018)李 新 松 男 ,44 岁 ,教 授 ,现 从 事 高 分 子 生 物 材 料 和 静 电 纺 丝 研 究 。 Email :lixs seu. edu. en国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (50573011 和 50673019)资 助2008211218 收 稿 ,2008212222 接 受摘 要 静 电 纺 丝 是 通 过 对 聚 合 物 溶 液 或 熔 体 施
2、 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 创 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
3、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 。关 键 词 静 电 纺 丝 纳 米 纤 维 取 向 长 纱Electrospinn
4、ing : From Randomly Oriented Nanofiber Mats to Aligned Continuous YarnsLi Xinsong , Yao Chen(Biomaterials and Drug Delivery Laboratories , School of Chemistry and Chemical Engineering , Southeast University , Nanjing 210018)Abstract Electrospinning technique has been recognized as an efficient proce
5、ssing method that uses an electric fieldto produce nanofibers from polymer solution or melt. During electrospinning , nanofibers produced from rapidly whipping jetare often collected as randomly oriented structures in the form of nonwoven mats. Electrospun nanofibers having high surfacearea2to2volum
6、e ratio are excellent candidates for high efficient filter , wound dressing , tissue engineering constructs , watertreatment , etc. In order to extend applications of electrospun nanofibers in fiber industry , fabrics and micro2fabricationareas , preparation of aligned electrospun nanofiber and cont
7、inuous yarns has attracted much attention recently. Variousapproaches have been developed to obtain well2aligned structure of electrospun nanofibers in the literature. In this paper , theformation mechanism of electrospun nanofibers with random orientation was first analyzed briefly. Then , progress
8、 in the studyof aligned nanofibers and continuous yarns was summarized , and conjugate electrospinning based on electrostatic interactionwas introduced. Finally , potential applications of aligned nanofibers and further research directions were discussed.Keywords Electrospinning , Nanofiber , Alignm
9、ent , Yarn静 电 纺 丝 是 制 备 纳 米 纤 维 最 重 要 的 一 项 平 台 技 术 ,多 种 合 成 高 分 子 、 生 物 高 分 子 、 高 分 子 复 合 材 料 、陶 瓷 等 都 可 以 通 过 电 纺 制 备 出 纳 米 纤 维 。 近 年 来 ,研 究 者 们 采 用 物 理 、 化 学 方 法 对 纳 米 纤 维 进 行 改 性 ,开 发 具 有 生 物 医 学 、 导 电 、 发 光 等 功 能 的 纳 米 纤 维 材 料 ;通 过 同 轴 电 纺 、 共 电 纺 2沥 洗 等 改 进 的 电 纺 方 法 ,制 备 出 具 有 中 空 结 构 、 纳 米 多
10、 孔 结 构 等 特 殊 结 构 的 纳 米 纤 维 材 料 。 此 外 ,通 过 改 进 接 收 装 置 ,可 以 制 得包 括 无 规 堆 砌 的 无 纺 布 状 纳 米 纤 维 膜 、 有 序 排 列 的 取 向 纳 米 纤 维 或 图 案 化 纳 米 纤 维 、 纳 米 纤 维 长 纱 等 不同 堆 砌 形 式 的 纳 米 纤 维 材 料 。 纳 米 纤 维 的 有 效 取 向 和 长 纱 的 制 备 逐 渐 成 为 电 纺 研 究 的 新 热 点 。 特 别是 ,突 破 现 有 技 术 的 限 制 与 束 缚 ,规 模 制 造 取 向 纳 米 纤 维 材 料 以 及 制 备 可 编
11、织 的 取 向 纳 米 纤 维 长 纱 已 成为 非 常 重 要 的 课 题 。 本 文 首 先 对 电 纺 纳 米 纤 维 的 制 备 原 理 进 行 分 析 ,然 后 介 绍 制 备 取 向 纳 米 纤 维 的 有975http :PPwww. hxtb. org 化 学 通 报 2009 年 第 7 期效 途 径 ,并 讨 论 在 纤 维 领 域 具 有 重 要 应 用 前 景 的 纳 米 纤 维 长 纱 的 制 备 方 法 。 纳 米 纤 维 的 取 向 是 进 行 微制 造 的 基 础 ,而 且 纳 米 纤 维 的 大 量 应 用 取 决 于 具 有 足 够 力 学 强 度 的 长
12、纱 的 制 造 ,鉴 于 此 ,本 文 对 新 发 明的 共 轭 电 纺 (conjugate electrospinning)进 行 了 讨 论 。 最 后 总 结 取 向 纳 米 纤 维 和 连 续 长 纱 在 医 学 领 域 的 应用 研 究 进 展 。1 电 纺 与 无 规 纳 米 纤 维 膜典 型 的 静 电 纺 丝 装 置 见 图 1。 通 过 对 一 定 粘 度 的 聚 合 物 溶 液 施 加 直 流 高 电 压 ,在 电 场 力 作 用 下 液体 射 流 克 服 表 面 张 力 ,向 前 飞 行 ,随 着 溶 剂 挥 发 ,射 流 固 化 得 到 直 径 从 数 微 米 到 几
13、 十 纳 米 的 纤 维 。图 1 静 电 纺 丝 装 置 示 意 图 1 Fig. 1 Schematic illustration of electrospinning apparatus1 早 期 研 究 者 普 遍 认 为 在 电 纺 过 程 中 ,由 于 同 种 电 荷 之 间 的 相 互 排 斥 ,导 致 液 体 射 流 分 裂 ,从 而 形 成极 细 的 纤 维 2 。 Spivak 等 3 对 电 纺 过 程 进 行 观 察 发 现 ,液 体 射 流 在 飞 行 一 定 距 离 后 开 始 变 得 不 稳 定 ,发生 弯 曲 振 荡 ,但 不 稳 定 区 域 仅 仅 包 含 一
14、 条 剧 烈 弯 曲 的 射 流 。 此 后 ,Shin 等 4 通 过 对 聚 氧 乙 烯 ( PEO) 静 电纺 丝 的 详 细 研 究 ,确 定 电 纺 过 程 中 存 在 3 种 不 稳 定 因 素 :粘 度 不 稳 定 性 因 素 (Rayleigh 不 稳 定 ) 、 轴 对 称的 曲 张 不 稳 定 性 和 非 轴 对 称 的 弯 曲 不 稳 定 性 。 Yarin 等 5 的 研 究 发 现 ,从 喷 丝 口 到 接 收 装 置 之 间 的 纳 米纤 维 是 连 续 的 ,并 从 理 论 上 计 算 出 带 电 射 流 的 飞 行 轨 迹 。 连 续 的 液 体 射 流 经 过
15、 快 速 弯 曲 不 稳 定 鞭 动 形成 了 带 同 种 电 荷 的 连 续 纳 米 纤 维 ,由 于 前 期 沉 积 在 接 收 装 置 上 的 纳 米 纤 维 与 后 期 到 达 的 纳 米 纤 维 所 带电 荷 极 性 相 同 而 相 互 排 斥 ,所 以 后 期 到 达 的 纳 米 纤 维 通 常 以 较 大 角 度 沉 积 在 前 期 纳 米 纤 维 上 ;纳 米 纤 维依 次 沉 积 ,结 果 导 致 纳 米 纤 维 以 无 规 取 向 方 式 沉 积 在 接 收 装 置 上 ,得 到 无 规 取 向 纳 米 纤 维 膜 。2 纳 米 纤 维 的 取 向在 控 制 电 纺 纤 维
16、 空 间 取 向 的 研 究 中 ,采 用 特 殊 的 接 收 装 置 被 认 为 是 最 直 接 、 有 效 的 方 法 之 一 。 在20 世 纪 90 年 代 电 纺 技 术 开 始 用 于 制 备 聚 合 物 纳 米 纤 维 时 ,Doshi 等 6 就 率 先 提 出 ,采 用 较 高 转 动 速 度 的转 鼓 接 收 装 置 可 以 得 到 平 行 排 列 的 纤 维 。 理 论 上 ,当 转 鼓 表 面 的 旋 转 速 度 与 纤 维 的 沉 积 速 度 接 近 时 ,便可 以 得 到 单 轴 取 向 的 纤 维 , 但 是 Boland 等 7 采 用 转 速 为 1000rPmin 的 高 速 旋 转 圆 筒 接 收 装 置 ,制 得 的 聚羟 基 乙 酸 纳 米 纤 维 中 仍 然 有 部 分 为 无 序 排 列 ,这 是 由 于 射 流 拉 伸 速 度 非 常 快 ,接 收 物 旋 转 速 度
