自卷曲薄膜及其制备方法和自卷曲方法与流程

本发明涉及薄膜制备领域，尤其涉及一种自卷曲薄膜以及该自卷曲薄膜的制备方法和自卷曲方法。
背景技术：
：聚合物材料由于具有较好的柔软性，使其在人工血管、人工肌肉、智能识别、响应、机器人以及传感器等领域都具有一定应用。然而，诸如塑料、橡胶等聚合物材料中，极少能够在受到外界刺激后自动卷曲，而且卷曲过程和卷曲度不可控，使其大大限制了聚合物材料在这些领域更进一步的应用。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种自卷曲薄膜的制备方法和自卷曲方法，能够解决以上问题。另，还有必要提供一种由上述制备方法制得的自卷曲薄膜。本发明提供一种自卷曲薄膜的制备方法，包括：提供一静电纺丝装置，该静电纺丝装置包括一收集器；采用静电纺丝方法在该收集器上制备一纳米纤维基体薄膜，所述纳米纤维基体薄膜由高分子纳米纤维按第一排列方式排列而成，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列；采用静电纺丝方法在该纳米纤维基体薄膜远离该收集器的表面制备一纳米纤维可变形薄膜，从而得到一复合膜，该纳米纤维可变形薄膜由高分子纳米纤维按与该第一排列方式相同或不同的第二排列方式排列而成，该纳米纤维可变形薄膜的高分子纳米纤维包括一环境敏感型材料，使该纳米纤维可变形薄膜在环境温度升高或紫外光照射条件下收缩或膨胀；以及将该纳米纤维复合膜从该收集器上分离并裁剪为所需尺寸，从而制得所述自卷曲薄膜。本发明还提供一种自卷曲薄膜的自卷曲方法，包括：提供一静电纺丝装置，该静电纺丝装置包括一收集器；采用静电纺丝方法在该收集器上制备一纳米纤维基体薄膜，所述纳米纤维基体薄膜由高分子纳米纤维按第一排列方式排列而成，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列；采用静电纺丝方法在该纳米纤维基体薄膜远离该收集器的表面制备一纳米纤维可变形薄膜，从而得到一纳米纤维复合膜，该纳米纤维可变形薄膜由高分子纳米纤维按与该第一排列方式相同或不同的第二排列方式排列而成，该纳米纤维可变形薄膜的高分子纳米纤维包括一环境敏感型材料，使该纳米纤维可变形薄膜在环境温度升高或紫外光照射条件下收缩或膨胀；将该纳米纤维复合膜从该收集器上分离并裁剪为所需尺寸，从而制得所述自卷曲薄膜；以及将所述自卷曲薄膜进行加热或紫外光照射，使该纳米纤维可变形薄膜收缩或膨胀，从而，该自卷曲薄膜卷曲而制得一套管。本发明还提供一种自卷曲薄膜，包括一纳米纤维基体薄膜以及结合于所述纳米纤维基体薄膜上的一纳米纤维可变形薄膜，所述纳米纤维基体薄膜由高分子纳米纤维按第一排列方式排列而成，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列，该纳米纤维可变形薄膜由高分子纳米纤维按与该第一排列方式相同或不同的第二排列方式排列而成，其中，该纳米纤维可变形薄膜的高分子纳米纤维包括一环境敏感型材料，使该纳米纤维可变形薄膜在环境温度升高或紫外光照射条件下收缩或膨胀。通过在可变形薄膜中引入环境敏感型材料，控制可变形薄膜收缩或膨胀，从而使该自卷曲薄膜卷曲为套管，获得所需的理想的形态和弯曲性，其中，通过控制该纳米纤维基体薄膜中的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列，从而有利于控制该纳米纤维可变形薄膜的卷曲方向，而该纳米纤维可变形薄膜所需的卷曲程度可通过控制其自身的高分子纳米纤维的排列方式而获得。附图说明图1为本发明一较佳实施方式的自卷曲薄膜的制备方法所使用的静电纺丝装置的结构示意图。图2为使用图1所示的制备纳米纤维基体薄膜后的结构示意图。图3为图2所示的纳米纤维基体薄膜上制备纳米纤维可变形薄膜后获得的纳米纤维复合膜的结构示意图。图4对图3所示的纳米纤维复合膜进行裁剪后得到的自卷曲薄膜的结构示意图。图5为对图4所示的自卷曲薄膜进行加热后得到的套筒的结构示意图。图6为对图4所示的自卷曲薄膜进行紫外光照射后得到的套筒的结构示意图。图7为图6所示的自卷曲薄膜进行紫外光照射的反应原理图。图8为图4所示的纳米纤维复合膜的纳米纤维基体薄膜和纳米纤维可变形薄膜沿第一种方式排列的结构示意图。图9为图4所示的纳米纤维复合膜的纳米纤维基体薄膜和纳米纤维可变形薄膜沿第二种方式排列的结构示意图。图10为图4所示的纳米纤维复合膜的纳米纤维基体薄膜和纳米纤维可变形薄膜沿第三种方式排列的结构示意图。主要元件符号说明静电纺丝装置1收集器2纳米纤维基体薄膜10纳米纤维可变形薄膜21纳米纤维复合膜30自卷曲薄膜100套筒200如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式请参阅图1至图4，本发明一较佳实施方式提供一种自卷曲薄膜100的制备方法，其包括如下步骤：步骤一，请参阅图1，提供一静电纺丝装置1，该静电纺丝装置1包括一收集器2。步骤二，请参阅图2，采用静电纺丝方法在该收集器2上制备一纳米纤维基体薄膜10。所述纳米纤维基体薄膜10由高分子纳米纤维按第一排列方式排列而成。所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列。步骤三，请参阅图3，采用静电纺丝方法在该纳米纤维基体薄膜10远离该收集器2的表面制备一纳米纤维可变形薄膜21，从而得到一纳米纤维复合膜30。该纳米纤维可变形薄膜21由高分子纳米纤维按与该第一排列方式相同或不同的第二排列方式排列而成。其中，该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维包括一环境敏感型材料，使该纳米纤维可变形薄膜21可在环境温度升高或紫外光照射条件下收缩或膨胀。步骤四，请参阅图4，将该纳米纤维复合膜30从该收集器2上分离并裁剪为所需尺寸，从而得到所述自卷曲薄膜100。请参阅图1至图7，本发明一较佳实施方式还提供一种自卷曲薄膜100的卷曲方法，其包括如下步骤：步骤一，请参阅图1，提供一静电纺丝装置1，该静电纺丝装置1包括一收集器2。步骤二，请参阅图2，采用静电纺丝方法在该收集器2上制备一纳米纤维基体薄膜10。所述纳米纤维基体薄膜10由高分子纳米纤维按第一排列方式排列而成。所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列。步骤三，请参阅图3，采用静电纺丝方法在该纳米纤维基体薄膜10远离该收集器2的表面制备一纳米纤维可变形薄膜21，从而得到一复合膜30。该纳米纤维可变形薄膜21由高分子纳米纤维按与该第一排列方式相同或不同的第二排列方式排列而成。其中，该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维包括一环境敏感型材料，使纳米纤维该纳米纤维可变形薄膜21可在环境温度升高或紫外光照射条件下收缩或膨胀。步骤四，请参阅图4，将该纳米纤维复合膜30从该收集器2上分离并裁剪为所需尺寸，从而得到所述自卷曲薄膜100。步骤五，请参阅图5和图6，将所述自卷曲薄膜100进行加热或紫外光照射，使该纳米纤维可变形薄膜21收缩(参图5)或膨胀(参图6)。从而，该自卷曲薄膜100卷曲而制得一套管200。在本实施方式中，所述纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维的材质可以聚乙二醇，当然，也可以为其它高分子材料。所述纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维的材质为聚(n-异丙基丙烯酰胺)。其中，聚(n-异丙基丙烯酰胺)作为环境敏感型材料，可在温度升高至32度时发生可逆相变，从而使该纳米纤维可变形薄膜21收缩。在这种情况下，收缩后的该纳米纤维可变形薄膜21位于所述套管200的内侧(参图5)。更具体的，将聚乙二醇和溶剂混合以配制第一电纺溶液，通过该第一电纺溶液制备该纳米纤维基体薄膜10。将聚(n-异丙基丙烯酰胺)和溶剂混合以配制第二电纺溶液，通过该第二电纺溶液制备该纳米纤维可变形薄膜21。所述溶剂可选自甲酸、乙酸、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、六氟异丙醇、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、氯仿、二恶烷、三氟乙烷、三氟乙酸以及水中的至少一种。在另一实施方式中，所述纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维的材质可以为聚氨基甲酸酯(pu)，其具有较高的弹性，当然，也可以为其它高分子材料。该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维的材质为光可分解型感光高分子，更具体的，为结合有香豆素(化学结构式为)的聚氨基甲酸酯。结合有香豆素的聚氨基甲酸酯纳米纤维的结构如下：请同时参照图7，该香豆素作为环境敏感型材料，可在紫外光照条件下分解，从而使该纳米纤维可变形薄膜21膨胀。在这种情况下，膨胀后的该纳米纤维可变形薄膜21位于所述套管200的外侧(参图6)。更具体的，将聚氨基甲酸酯和溶剂混合以配制第一电纺溶液，通过该第一电纺溶液制备该纳米纤维基体薄膜10。将结合有香豆素的聚氨基甲酸酯和溶剂混合以配制第二电纺溶液，通过该第二电纺溶液制备该纳米纤维可变形薄膜21。所述溶剂可选自甲酸、乙酸、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、六氟异丙醇、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、氯仿、二恶烷、三氟乙烷、三氟乙酸以及水中的至少一种。请参阅图8，在本实施方式中，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列，所述第二排列方式为该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维无序排列。请参阅图9，在另一实施方式中，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向(第一方向)有序排列，所述第二排列方式为该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维沿与该第一方向垂直的第二方向有序排列。请参阅图10，在又一实施方式中，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向(第一方向)有序排列，所述第二排列方式为该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维沿与该第一方向呈45度的第二方向有序排列。请参阅图10，在其它实施方式中，所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向(第一方向)有序排列，所述第二排列方式为该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维沿与该第一方向平行或呈其它角度的第二方向有序排列。其中，可通过控制该收集器2的转速控制该纳米纤维有序或无序排列。例如，当收集器2转速为100rpm时，高分子纳米纤维无序排列；当收集器转速为1500rpm时，高分子纳米纤维有序排列。更进一步的，可通过控制该收集器2的收集时间控制所述纳米纤维基体薄膜10以及所述纳米纤维可变形薄膜21的厚度和密度。在本实施方式中，所述纳米纤维基体薄膜10和所述纳米纤维可变形薄膜21的厚度约为50μm。通过静电纺丝方法能够精确控制所述纳米纤维基体薄膜10以及所述纳米纤维可变形薄膜21的高分子纤维排列方向，同时，通过控制该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列，可有利于控制该纳米纤维可变形薄膜21的卷曲方向，而该纳米纤维可变形薄膜21的所需卷曲程度(即该套管200的卷曲程度)可通过控制其自身的高分子纳米纤维的排列方式而获得。具体的，由于该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列，当该纳米纤维可变形薄膜21在温度升高或紫外光照条件下卷曲时，该纳米纤维可变形薄膜21垂直于该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维的排列方向的侧边受到的阻力较大，而该纳米纤维可变形薄膜21垂直于该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维的排列方向的侧边受到的阻力较小而发生卷曲。即，该纳米纤维可变形薄膜21的卷曲方向与该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维的排列方向相互垂直。特别的，当该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维沿与该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维呈45度的另一方向有序排列时，该自卷曲薄膜100会卷曲为螺旋状的套管200。当该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维无序排列时，若该纳米纤维可变形薄膜21在温度升高或紫外光照条件下卷曲，该纳米纤维可变形薄膜21无特定的卷曲方向。下面通过实施例来对本发明进行具体说明。实施例1控制该收集器2的转速为100rpm，收集时间为1h，在该收集器2上制备纳米纤维基体薄膜10，该纳米纤维基体薄膜10中的纳米纤维无序排列；控制该收集器2的转速为100rpm，收集时间为45min，在该纳米纤维基体薄膜10上制备该纳米纤维可变形薄膜21，该纳米纤维可变形薄膜21中的纳米纤维无序排列；将该纳米纤维复合膜30从该收集器2上分离并裁剪为1×1cm2的自卷曲薄膜100；将自卷曲薄膜100暴露于波长为254nm紫外光照条件下，该纳米纤维复合膜30卷曲，而卷曲无特定方向。实施例2控制该收集器2的转速为1500rpm，收集时间为1h，在该收集器2上制备纳米纤维基体薄膜10，该纳米纤维基体薄膜10中的纳米纤维沿同一方向有序排列；控制该收集器2的转速为100rpm，收集时间为45min，在该纳米纤维基体薄膜10上制备纳米纤维可变形薄膜21，该纳米纤维可变形薄膜21中的纳米纤维无序排列；将该纳米纤维复合膜30从该收集器2上分离并裁剪为1×1cm2的自卷曲薄膜100；将自卷曲薄膜100暴露于波长为254nm紫外光照条件下，从而制得直径为3mm，长度为1cm的套管200。实施例3控制该收集器2的转速为1500rpm，收集时间为1h，在该收集器2上制备纳米纤维基体薄膜10，该纳米纤维基体薄膜10中的纳米纤维沿第一方向有序排列；将该收集器2旋转90度，控制该收集器2的转速为1500rpm，收集时间为1h，在该纳米纤维基体薄膜10上制备可变形薄膜21，该纳米纤维可变形薄膜21中的纳米纤维沿与该第一方向垂直的第二方向有序排列；将该纳米纤维复合膜30从该收集器2上分离并裁剪为1×1cm2的自卷曲薄膜100；将自卷曲薄膜100暴露于波长为254nm紫外光照条件下，从而制得直径为2mm，长度为1cm的套管200。实施例4控制该收集器2的转速为1500rpm，收集时间为1h，在该收集器2上制备纳米纤维基体薄膜10，该纳米纤维基体薄膜10中的纳米纤维沿第一方向有序排列；将该收集器2旋转45度，控制该收集器2的转速为1500rpm，收集时间为1h，在该纳米纤维基体薄膜10上制备纳米纤维可变形薄膜21，该纳米纤维可变形薄膜21中的纳米纤维沿与该第一方向呈45度的第二方向有序排列；将该纳米纤维复合膜30从该收集器2上分离并裁剪为2×0.5cm2的自卷曲薄膜100；将自卷曲薄膜100暴露于波长为254nm紫外光照条件下，从而制得螺旋状的套管200。请参阅图4，本发明一较佳实施方式还提供一种由上述制备方法制得的自卷曲薄膜100，其包括位于一纳米纤维基体薄膜10以及结合于所述纳米纤维基体薄膜10上的一纳米纤维可变形薄膜21。所述纳米纤维基体薄膜10由高分子纳米纤维按第一排列方式排列而成。所述第一排列方式为该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列。该纳米纤维可变形薄膜21由高分子纳米纤维按与该第一排列方式相同或不同的第二排列方式排列而成。其中，该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维包括一环境敏感型材料，使该纳米纤维可变形薄膜21可在环境温度升高或紫外光照射条件下收缩或膨胀。在本实施方式中，该纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维的材质可以聚乙二醇。所述纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维的材质为聚(n-异丙基丙烯酰胺)。其中，聚(n-异丙基丙烯酰胺)作为环境敏感型材料，可在温度升高至32度时发生可逆相变，从而使该纳米纤维可变形薄膜21收缩。在另一实施方式中，所述纳米纤维基体薄膜10的高分子纳米纤维的材质可以为聚氨基甲酸酯(pu)。该纳米纤维可变形薄膜21的高分子纳米纤维的材质为光可分解型感光高分子，更具体的，为结合有香豆素的聚氨基甲酸酯。该香豆素作为环境敏感型材料，可在紫外光照条件下分解，从而使该纳米纤维可变形薄膜21膨胀。通过在纳米纤维可变形薄膜21中引入环境敏感型材料，控制该纳米纤维可变形薄膜21收缩或膨胀，从而使该自卷曲薄膜100卷曲为套管200，获得所需的理想的形态和弯曲性。其中，通过控制该纳米纤维基体薄膜10中的高分子纳米纤维沿同一方向有序排列，从而有利于控制该纳米纤维可变形薄膜21的卷曲方向，而该纳米纤维可变形薄膜21所需的卷曲程度可通过控制其自身的高分子纳米纤维的排列方式而获得。再者，可根据所需套管200的大小裁剪该自卷曲薄膜100，即套管200的尺寸可控，从而满足不同用户的个性化需求。另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。当前第1页12