专利名称：纳米纤维长丝束的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米纤维长丝束制备方法，属于特种纤维制备的技术领域。
背景技术：
自1883年世界上第一根化学纤维——硝酸纤维诞生以来，合成纤维的研究和探索得到了迅速的发展，与之相应，各种纺丝方法也应运而生。现在应用最普遍的纺丝方法主要有熔体纺丝、干法纺丝和湿法纺丝，其他的如相分离纺丝、闪蒸纺丝、静电纺丝、液晶纺丝、反应纺丝等方法都是新发展起来的特殊工艺纺丝方法。
静电纺丝法已被公认为一种简单高效的纤维膜制备技术。电纺纤维的直径比普通纺丝方法所获得的纤维直径小100-1000倍，并且具有巨大的比表面积。它不仅可以用作高效过滤材料，而且在生物医学材料、化学传感器、防护材料、纳米复合材料等领域有广泛应用前景。
典型的静电纺丝技术是将聚合物溶液或溶胶加入具有微米数量级喷嘴的注射器中，使流体受到几万伏电场力作用。聚合物流体从喷嘴喷出后在空气中迅速分裂成许多直径极小的纤维，被接地的接收装置接收，最后得到网状或絮片状的连续纤维集合体。美国专利(US6616435B2，US6689374B2，US6713011B2，US6743273B2)均设计了多喷头连续静电纺丝装置来得到连续的纳米纤维膜。
然而，由于电纺纤维的尺寸在纳米或亚微米级，所以常常存在纤维散失的情况，而且在电纺过程中由于聚合物带有同种电荷相互排斥，纤维向四周散开，不易制得长的纳米纤维束或长丝。
有人在电纺时采用一种接地的金属接受器，接受来自于一个喷头产生的纳米纤维，加工成纳米纤维长丝，这种方法效率低。
有人在电纺时采用多喷头系统，多喷头产生的同种电荷纳米纤维必须先与光洁的接地的金属接受器接触消散电荷后再进行聚拢形成长丝，但是多喷头产生的同种电荷纳米纤维在到达金属接受器之前相互排斥，纤维飞散，导致损失。
因此，有必要发明一种更有效地制备纳米纤维长丝的方法。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种纳米纤维长丝束制备方法，该方法能简单、高效的生产纳米纤维长丝束。
技术方案一种纳米纤维长丝束的制备方法采用一个纺丝箱体，在纺丝箱体顶端的同一高度平行放置两排喷口相对的电纺喷头，在纺丝箱体中部设有若干组导丝辊对，导丝辊对与两排喷口相对的电纺喷头的距离都相等。一种纳米纤维长丝束具体制备的步骤如下(1)将高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的电纺喷头；(2)对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压10KV-100KV；(3)电纺喷头顶端的高分子溶液在电场力的作用下拉伸、鞭动形成带有电荷的纳米纤维，喷口相对的电纺喷头喷出的纳米纤维带有相反电荷，在空中相互吸引、碰撞，形成的复合纳米纤维，经导丝辊对牵引、拉伸后形成长丝束。每排电纺喷头中喷头的间距为5-30cm；两排喷口相对的电纺喷头相距10-50cm。
高聚物溶液是同种高聚物溶液，或是异种高聚物溶液；高聚物溶液是高聚物溶于溶剂中或高聚物和添加剂混合物溶液；其中，高聚物是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物；或是甲壳素、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、明胶、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物；或是生物可吸收合成高分子聚-L-乳酸、聚-(D，L)-乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚丁内酯、聚戊内酯、聚酯二氧杂环己烷、聚酸酐、聚-α-氨基酸中的一种或者是至少以下两种单体的共聚物L-乳酸、D，L-乳酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、己内酯、丁内酯、戊内酯、氨基酸，或是其中两种或多种的共混物；添加剂是抗菌剂、杀虫剂、消炎药物。
有益效果本发明与现有技术相比，具有如下优点
(1)本发明采用一种纳米纤维长丝束制备方法，在喷口相对的电纺喷头上分别施加相反极性直流高电压，电纺喷头产生的带相反电荷的纳米纤维在空中相互吸引、碰撞，使纤维所带的电荷消散，有效地避免了纳米纤维在空中的飞散和损失，提高了生产效率，并且可以不使用接地线的金属接受器。
(2)本发明将电纺喷头水平放置避免了各种扰动引起不稳定喷射时导致的产品瑕疵，提高了合格品的生产效率。
(3)本发明可以操作简单、高效地制备出纳米纤维长丝束。
(4)本发明向喷口相对的电纺喷头输不同的高聚物溶液，可以简单、高效地制备出复合纳米纤维长丝束。
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的工作原理图。
以上的图中有电纺喷头1、导丝辊对2、纺丝箱体3。
具体实施例方式
一种纳米纤维长丝束的制备方法采用一个纺丝箱体，在纺丝箱体顶端的同一高度平行放置两排喷口相对的电纺喷头，在纺丝箱体中部设有若干组导丝辊对，导丝辊对与两排喷口相对的电纺喷头的距离都相等。一种纳米纤维长丝束具体制备的步骤如下(1)将高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的电纺喷头；(2)对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压10KV-100KV；(3)电纺喷头顶端的高分子溶液在电场力的作用下拉伸、鞭动形成带有电荷的纳米纤维，喷口相对的电纺喷头喷出的纳米纤维带有相反电荷，在空中相互吸引、碰撞，形成的复合纳米纤维，经导丝辊对牵引、拉伸后形成长丝束。每排电纺喷头中喷头的间距为5-30cm；两排喷口相对的电纺喷头相距10-50cm。
高聚物溶液是同种高聚物溶液，或是异种高聚物溶液；高聚物溶液是高聚物溶于溶剂中或高聚物和添加剂混合物溶液；其中，高聚物是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物；或是甲壳素、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、明胶、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物；或是生物可吸收合成高分子聚-L-乳酸、聚-(D，L)-乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚丁内酯、聚戊内酯、聚酯二氧杂环己烷、聚酸酐、聚-α-氨基酸中的一种或者是至少以下两种单体的共聚物L-乳酸、D，L-乳酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、己内酯、丁内酯、戊内酯、氨基酸，或是其中两种或多种的共混物；添加剂是抗菌剂、杀虫剂、消炎药物。
实施例1聚丙烯腈PAN100g溶于1000mlN，N-二甲基甲酰胺中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各100个电纺喷头。纺丝箱体中各排电纺喷头的间距为5cm，两排喷口相对的电纺喷头相距10cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例2聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)100g溶于500ml丙酮及500mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各100个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为30cm，两排喷口相对的电纺喷头相距50cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±10kv，电纺喷头内径为0.2mm。导丝辊牵引长丝束的速度为6cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例3丙交酯和乙交酯的无规共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)150g溶于500ml丙酮及500mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的一排1000个电纺喷头。聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)100g溶于500ml丙酮及500mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的另一排1000个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为20cm，两排喷口相对的电纺喷头相距30cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±25kv，电纺喷头内径为0.8mm。导丝辊牵引长丝束的速度为2cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例4丙交酯和乙交酯的无规共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)150g溶于500ml丙酮及500ml N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，再加入3g布洛芬，充分溶解后将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各100个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为10cm，两排喷口相对的电纺喷头相距30cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±10kv，电纺喷头内径为0.3mm。导丝辊牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例5聚丙烯腈PAN100g溶于1000ml N，N-二甲基甲酰胺中，再加入10g纳米Ag2O，超声振荡使之充分溶解后将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各200个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为15cm，两排喷口相对的电纺喷头相距35cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为1.0mm。导丝辊牵引长丝束的速度为1cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例6丙交酯和乙交酯的无规共聚物PLGA(其中质量组成丙交酯50％，乙交酯50％，粘均分子量10万)150g溶于500ml丙酮及500ml N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，再加入3g布洛芬，充分溶解后将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各1000个电纺喷头。聚-L-乳酸PLLA(粘均分子量10万)100g溶于500ml丙酮及500ml N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的另一排1000个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为15cm，两排喷口相对的电纺喷头相距30cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±15kv，电纺喷头内径为0.5mm。导丝辊牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例7聚氨酯PU150g溶于1000ml N，N-二甲基甲酰胺中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各200个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为10cm，两排喷口相对的电纺喷头相距20cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±25kv，电纺喷头内径为1.0mm。导丝辊牵引长丝束的速度为2cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例8聚苯醚砜PPES100g溶于1000ml二甲亚砜中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的两排各200个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为30cm，两排喷口相对的电纺喷头相距50cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±20kv，电纺喷头内径为1.0mm。导丝辊牵引长丝束的速度为3cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
实施例9聚丙烯腈PAN100g溶于1000ml N，N-二甲基甲酰胺中，再加入10g纳米Ag2O，超声振荡使之充分溶解后将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的一排1000个电纺喷头。聚氨酯150g溶于1000ml N，N-二甲基甲酰胺中，将此高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的另一排1000个电纺喷头。每排电纺喷头中喷头的间距为20cm，两排喷口相对的电纺喷头相距20cm。对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压±30kv，电纺喷头内径为1.0mm。导丝辊牵引长丝束的速度为5cm/s。电纺喷头顶端喷射出的纳米纤维经导丝辊牵引后形成长丝束并导出收集。
权利要求
1.一种纳米纤维长丝束的制备方法，其特征在于采用一个纺丝箱体(3)，在纺丝箱体(3)顶端的同一高度平行放置两排喷口相对的电纺喷头(1)，在纺丝箱体(3)中部设有若干组导丝辊对(2)，导丝辊对(2)与两排喷口相对的电纺喷头(1)的距离都相等，具体制备的步骤如下1)将高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体(3)中的电纺喷头(1)；2)对两排喷口相对的电纺喷头(1)分别施加相反极性的直流高电压10KV-100KV；3)电纺喷头(1)顶端的高分子溶液在电场力的作用下拉伸、鞭动形成带有电荷的纳米纤维，喷口相对的电纺喷头(1)喷出的纳米纤维带有相反电荷，在空中相互吸引、碰撞，形成的复合纳米纤维，经导丝辊对(2)牵引、拉伸后形成长丝束。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维长丝束的制备方法，其特征在于纺丝箱体(3)中每排电纺喷头(1)中喷头的间距为5-30cm；两排喷口相对的电纺喷头(1)相距10-50cm。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维长丝束制备方法，其特征在于高聚物溶液是同种高聚物溶液，或是异种高聚物溶液；高聚物溶液是高聚物溶于溶剂中或高聚物和添加剂混合物溶液；其中，高聚物是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物；或是甲壳素、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、明胶、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物；或是生物可吸收合成高分子聚-L-乳酸、聚-(D，L)-乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚丁内酯、聚戊内酯、聚酯二氧杂环己烷、聚酸酐、聚-α-氨基酸中的一种或者是至少以下两种单体的共聚物L-乳酸、D，L-乳酸、羟基乙酸、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、己内酯、丁内酯、戊内酯、氨基酸，或是其中两种或多种的共混物；添加剂是抗菌剂、杀虫剂、消炎药物。
全文摘要
纳米纤维长丝束制备方法是一种能简单、高效的生产纳米纤维长丝束的方法，采用一个纺丝箱体(3)，在纺丝箱体顶端的同一高度平行放置两排喷口相对的电纺喷头(1)，在纺丝箱体中部设有若干组导丝辊对(2)，导丝辊对与两排喷口相对的电纺喷头的距离都相等，具体制备的步骤如下1)将高聚物溶液输送给纳米纤维长丝束纺丝箱体中的电纺喷头；2)对两排喷口相对的电纺喷头分别施加相反极性的直流高电压；3)电纺喷头顶端的高分子溶液拉伸、鞭动形成带有电荷的纳米纤维，喷口相对的电纺喷头喷出的纳米纤维带有相反电荷，在空中相互吸引、碰撞，形成的复合纳米纤维，经导丝辊牵引、拉伸后形成长丝束，该操作简单、高效，没有纳米纤维损失。
文档编号D01D5/00GK1687493SQ20051003857
公开日2005年10月26日 申请日期2005年3月25日 优先权日2005年3月25日
发明者李新松, 姚琛, 宋唐英 申请人:东南大学