[发明专利]一种凝胶纤维的纺丝方法

说明书

本发明涉及一种凝胶纤维的纺丝方法，属于高分子材料技术领域。该方法以线性高分子、丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、2‑羟基‑2‑甲基‑1‑[4‑(2‑羟基乙氧基)苯基]‑1‑丙酮和水为原料配制成前体溶液，前体溶液装入注射泵中，经过注射泵注入聚四氟乙烯管中，再通过聚四氟乙烯管中一次紫外照射聚合以及聚四氟乙烯管出口处二次紫外照射聚合，得到凝胶纤维。本发明利用线性高分子在凝胶纤维和纺丝管壁中央形成的润滑层，容易实现凝胶纤维与纺丝管壁的分离，同时减少了凝胶纤维与纺丝管壁的摩擦力，促进了稳定的纺丝；由于线性高分子以及凝胶网络之间的缠结，使慢速聚合成为可能，而且拓宽了可集成官能团的兼容性，该方法可操作性强，设备简单，易实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种凝胶纤维的纺丝方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

随着高分子技术的发展，凝胶材料因其易官能化修饰和良好生物兼容性的特点被广泛应用于医药、传感、生化检测，软体机器人等领域。在各种维度的凝胶材料中，凝胶纤维由于其小截面大表面积等特征，具有优异的机械柔韧性和快速物质交换能力，在穿戴式传感器、光学检测，生物兼容织物等领域受到广泛关注。

目前仅有有限的方法可用于凝胶纤维的连续化生产，如静电纺丝、熔融纺丝、微流控纺丝，挤出纺丝和直接墨水书写等。但上述方法为实现连续纺丝，均需要解决凝固后凝胶纤维与仪器管路密切贴合阻力大，会造成堵塞或不连续制备的问题。通常解决上述问题的方式是尽可能减小凝固后的凝胶纤维和仪器管路的接触面积与时间。这就需要前体溶液快速的由液态转化为固态，此过程既可以通过物理的过程如凝固、析出，流变性能转变，又可通过化学过程如快速聚合或交联。然而无论是物理或是化学过程都需要被加工的凝胶纤维单体有着特定的性质如溶解性、热塑性、剪切变稀、快速交联，快速聚合等。但赋予凝胶纤维前体溶液上述性质，往往需要对凝胶纤维前体和凝胶纤维本身的性质做出改变，此种改变经常是与特定应用所需性质和官能团相悖的。例如可融或可溶性质与交联网络的矛盾、剪切变稀与透光性的矛盾，快速反应与化学键密度的矛盾等等。这就使得现有水凝胶纺织方法不能有效的与应用所需的官能团相结合，从而限制了可生产成纤维状凝胶的适用体系。

此外，凝胶纤维由于固有的含水量高的特性，凝胶纤维往往机械强度差，无法达到自动化加工所需的强度。同时，降低水含量又会使凝胶纤维变脆，也无法用于大规模生产所需的自动化加工。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种凝胶纤维的纺丝方法，通过巧妙的凝胶前体溶液设计，可以利用线性高分子在溶液中的随机均匀分布，在纺丝过程中自发的在凝胶纤维和纺丝管壁中央形成润滑层，将凝胶纤维与纺丝管壁相隔离，同时润滑层中的线性高分子极大减少了凝胶纤维与纺丝管壁的摩擦力，促进了稳定的纺丝；而且润滑层中的线性高分子，由于与凝胶纤维的网络在微观层面部分缠结，可长时间保持在纤维表面，这就使慢速聚合成为可能。另外，本发明所依赖的自润滑现象，其本质也仅依靠分子的随机热运动和线性高分子的润滑效应，并无需特殊的官能团或填料便可实现，为在凝胶前体中直接加入目标组分留下了空间。本发明所述方法可操作性强，设备简单，适用性广，易于实现凝胶纤维的规模化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种凝胶纤维的纺丝方法，所述纺丝方法涉及的装置包括注射泵、聚四氟乙烯管、紫外反射板、第一紫外灯、第二紫外灯、控温设备以及收集容器；注射泵出口连接聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管拉直后固定于紫外反射板上，第一紫外灯正对紫外反射板摆放用于照射聚四氟乙烯管，第二紫外灯设置在聚四氟乙烯管出口下方用于照射由聚四氟乙烯管出口挤出的凝胶纤维，收集容器中盛有水并放置在聚四氟乙烯管出口正下方用于收集凝胶纤维，控温设备用于调控聚四氟乙烯管的温度；

所述纺丝方法包括以下步骤：

(1)将线性高分子、丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯以及2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮加入水中，并搅拌至完全溶解，然后超声除泡，得到前体溶液；