[发明专利]具有卷曲二级结构的微纳米纤维及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于微纳米材料领域，特别涉及具有卷曲二级结构的微纳米纤维及其制备方法，以及该微纳米纤维的用途。

背景技术

静电纺丝技术被认为是一种制备连续微纳米尺度纤维的理想方法。相比传统的纺丝方法，静电纺丝具有很多独特的优点，如纤维直径较小、所得产物为无纺布结构、具有很大的比表面积等等，该技术正在引起越来越多的重视，静电纺丝纤维在过滤材料、伤口敷料、纳米复合材料等方面也已获得了广泛的应用。但是目前多数静电纺丝获得的都是单根纤维随机分布的无纺布结构，单根纤维直径在几十到几百纳米之间，强度过低，难以进行加工操作，只有具有一定强度的连续性单轴向的纳米纤维丝束被生产出来，其应用范围才能得到进一步的扩展，如在纳米增强复合材料、传感器等很多应用中，需要的都是取向性很好的纤维。近年来人们在收集复合纳米纤维束方面做了一些探索，CN200510086985.5、CN200610117037.8提出了复合纳米电纺丝纤维的收集方法，但由于制备装置中添加了导丝辊、加捻器等器件，其可控性还需进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供具有卷曲二级结构的微纳米纤维。

本发明的目的之二在于提供具有卷曲二级结构的微纳米纤维的制备方法。

本发明的目的之三在于提供具有卷曲二级结构的微纳米纤维的用途。

本发明的目的之四在于提供一种用于制备具有卷曲二级结构的微纳米纤维的复合静电纺丝装置。

本发明的具有卷曲二级结构的微纳米纤维是由静电纺丝的方法制备得到的，通过2个或2个以上喷丝针头、高压静电电源和带有2个或2个以上针状电极的转盘接收器构成的复合静电纺丝装置实现的，利用高压静电纺丝工艺和通过带有2个或2个以上针状电极的转盘接收器产生的横向剪切力与聚合物纤维的自身弹性而制备出具有卷曲二级结构的微纳米纤维。

本发明的具有卷曲二级结构的微纳米纤维是由静电纺丝的方法制备得到的，该具有卷曲二级结构的微纳米纤维是由大于1根以上的相同组分或不同组分卷曲的聚合物纤维，与大于1根以上的相同组分或不同组分的聚合物纤维相互缠绕成卷曲的微纳米二级结构的聚合物纤维束所组成，其中，卷曲的聚合物纤维和聚合物纤维束中的每根聚合物纤维的直径为0.5～1μm；所述的卷曲二级结构为沿聚合物纤维束的长度方向卷曲，具有一定的取向性。

所述的聚合物纤维材料选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中的一种。所述的聚合物纤维材料优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

本发明的具有卷曲二级结构的微纳米纤维的制备方法：将聚合物纺丝液装入复合静电纺丝装置中与喷丝针头相连通的给料装置中，设定复合静电纺丝装置在静电纺丝时的工艺参数为：喷丝针头与带有针状电极的转盘接收器之间的电压为10～15kV，喷丝针头与转盘接收器上的针状电极顶端的竖直间距为20～50cm，喷丝针头之间的间距d₁为2～9cm(优选9cm)，转盘接收器上的针状电极之间的间距d₂为2～10cm(优选5cm)，转盘接收器的转速为2000～4000r/min。以上参数在制备过程中均方便可调，可根据需要设定不同的参数制得符合要求的具有卷曲二级结构的微纳米纤维。

所述的喷丝针头是2个或2个以上；所述的针状电极是2个或2个以上。

在制备相同组分的具有卷曲二级结构的微纳米纤维时，在分别与2个或2个以上喷丝针头相连通的给料装置中装入相同组分的聚合物纺丝液。

在制备不同组分的具有卷曲二级结构的微纳米纤维时，在分别与2个或2个以上喷丝针头相连通的给料装置中装入不同组分的聚合物纺丝液。

所述的聚合物纺丝液原料选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中的一种。所述的聚合物纺丝液原料优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

本发明的用于制备具有卷曲二级结构的微纳米纤维的复合静电纺丝装置如图1所示，包括与复合静电纺丝装置中的给料装置相连通的2个或2个以上喷丝针头、高压静电电源和带有2个或2个以上针状电极的转盘接收器。

2个或2个以上喷丝针头固定于同一高度；在喷丝针头的下方有转盘接收器；

所述的转盘接收器是由边缘固定有2个或2个以上竖直的针状电极的转盘组成。

所述的转盘接收器平面垂直于电场方向，针状电极垂直于转盘平面而与电场平行。转盘接收器与转速可控的旋转电机相连，并调节转速。

喷丝针头与转盘接收器分别与电源正负极相连，二者之间形成电压。