专利名称：一种静电喷头及其使用方法
技术领域：
本发明属于静电喷射制备微米、纳米粒子和涂层的领域，特别涉及一种用于制备微米粒子、纳米粒子及其涂层的静电喷头及其使用方法。
背景技术：
静电喷射是将小分子或者高分子溶液或溶体通过施加了一定电压的毛细管，当液滴表面的电荷排斥力超过其表面张力时，在液体表面就会高速射出微小液体，这些射流在静电力的作用下不断被拉伸，当溶液有足够缠结的分子链沿射流轴向取向化，能够平衡电场力的拉伸，保持射流的连续性，将形成纤维，这一过程也叫做静电纺丝；否则射流就会断裂形成微米或纳米尺寸的粒子，而这一过程叫做静电雾化或者电喷。静电喷射装置主要由高压发生装置、溶液供给装置、喷射装置和收集装置所组成。其原理为在高压发生器在喷射液与接收装置之间建立一个静电力场，当静电场强超过临界值时，聚合物溶液或熔体在电场力作用下克服自身的表面张力于喷丝口处形成一股带电的喷射流。由于静电排斥作用，带电细流发生高速地弯曲或鞭动，随着溶剂挥发或熔体冷却，带电细流冷却得到直径在几十纳米到几微米之间的颗粒或纤维，最终落在收集装置上形成紧密的粒子簇或纤维膜材料。采用静电喷射技术可以制备出粗细均匀的纤维或者粒径均匀的微粒。在制备微米或纳米尺寸的粒子上，其不需要乳化剂，直接就可以获得粒径均匀的粒子，具有极大的优势。然而其最大的限制就是在于制备速度上，采用典型的毛细管为喷头，其液体供给速度需要和液体在克服表面张力飞向对应电极的速度一致，其典型的速度为几十微升到若干毫升每小时，大大限制其在工业生产中的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种静电喷头，极大提高了微米粒子和纳米粒子及其涂层的制作效率。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案:一种静电喷头，其特征在于，包括喷头主体、喷嘴帽和喷嘴调节装置，所述喷头主体前端设有喷嘴，在所述喷头主体上沿轴向设有喷嘴内腔，在所述喷头主体上设有与所述喷嘴内腔相通液体入口，所述喷嘴调节装置连接在所述喷头主体的后端，在所述喷嘴调节装置上固定有喷针，所述喷针的一端穿过所述喷嘴腔体并伸出所述喷嘴外，所述喷嘴帽套在所述喷头主体的前端，在所述喷嘴帽上沿轴向设有喷嘴帽内腔，在静电喷头上还设有与所述喷嘴帽内腔相通的气流入口。优选的，所述喷针为一端带有尖端的导体，所述喷针的针体轴线与所述喷嘴的中心线同轴。优选的，所述喷头主体上设置有中心螺纹孔，所述喷嘴调节装置上设有外螺纹，所述喷嘴调节装置置于所述中心螺纹孔内，通过所述喷嘴调节装置控制所述喷针伸出所述喷嘴的长度来调节所述喷针与所述喷嘴之间的间隙。优选的，所述喷头主体、所述喷嘴帽与所述喷嘴调节装置由绝缘材料制成。 优选的，所述气流入口设置在所述喷嘴帽上。优选的，所述气流入口设置在所述喷头主体上。本方案提供的另一技术方案为:一种上述静电喷头的使用方法，该方法包括以下步骤:S1、将静电喷头固定在指定位置，调整好静电喷头与接收装置或喷涂工件之间的距离；S2、开启高压电源，将电源电压调整到预定值；S3、开启气体管路，将气体压力、气体流量以及气体温度调整到预定值；S4、开启液体供给系统，将液体流量调整到预定值。优选的，所述接收装置为导体构成的接收板或盛有液体的容器。本发明所提供的静电喷头与现有技术相比较，由于本发明采用气体将带电液体破碎，形成带电液滴，带电液滴离开喷嘴后，在电荷排斥力的作用下发生二次破碎，从而可以获得粒径更小，更加均匀的粒子，同时由于二次破碎是在带电液滴脱离喷嘴以后，液体的供给速度主要限制于气流对液滴的雾化效果以及保证液滴上有适合的带电量上，典型的液体供给速度在若干毫升每分钟，从而大大提高微米、纳米尺度粒子制备的速度和涂层制备的速度，极大提高了工作效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本发明实施例一的静电喷头的结构示意图；图2是本发明实施例二的静电喷头的结构示意图；图3是本发明的工作原理图。其中，1、喷头主体；2、喷嘴帽；3、喷嘴调节装置；4、喷嘴；5、喷嘴腔体；6、液体入口 ；7、喷嘴帽腔体；8、气流入口 ；9、喷针；10、中心螺纹孔。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一:如图1所示，本发明提供一种静电喷头，包括喷头主体1，喷头主体I上设置有喷嘴4，在喷头主体I上沿轴喷头主体I的轴向设有喷嘴腔体5，在喷头主体I上还设置有液体入口 6，液体入口 6与喷嘴腔体5相连通。在喷头主体I的前端套有喷嘴帽2，喷嘴帽2上沿喷嘴帽2的轴向设有喷嘴帽腔体7，在喷嘴帽2上还设有气流入口 8，气流入口 8与喷嘴帽腔体7相连通，当喷嘴帽2套在喷头主体I上时，喷嘴4置于喷嘴帽腔体7内，且喷嘴4中心线与喷嘴帽腔体7的中心线同轴。在喷头主体I的后端连接着喷嘴调节装置3，喷嘴调节装置3上设置有外螺纹，喷嘴调节装置3置于喷头主体I上的中心螺纹孔10内，在喷嘴调节装置3上固定有喷针9，喷针9为一端带有尖端的导体，喷针9带尖端的一端穿过喷嘴腔体5并伸出喷嘴4外，喷针9的针体轴线与喷嘴4的中心线同轴，喷嘴腔体5的出口处呈锥形，喷针9伸出喷嘴4外的长度越长，喷嘴腔体5出口处喷嘴腔体5与喷针9之间的间隙越小，喷针9伸出喷嘴4外的长度是通过喷嘴调节装置3来实现的。因为工作时需要较高的电压，会存在较大的漏电电流，为了避免漏电电流对人和设备造成危害，喷头主体1、喷嘴帽2与喷嘴调节装置3由绝缘材料制成，优选为四氟乙烯、聚醚醚酮。实施例二:如图2所示，本发明提供一种静电喷头，包括喷头主体1，喷头主体I上设置有喷嘴4，在喷头主体I上沿轴喷头主体I的轴向设有喷嘴腔体5，在喷头主体I上还设置有液体入口 6，液体入口 6与喷嘴腔体5相连通，在喷头主体I上还设置有气流入口 8。在喷头主体I的前端套有喷嘴帽2，喷嘴帽2上沿喷嘴帽2的轴向设有喷嘴帽腔体7，气流入口 8与喷嘴帽腔体7相连通，当喷嘴帽2套在喷头主体I上时，喷嘴4置于喷嘴帽腔体7内，且喷嘴4中心线与喷嘴帽腔体7的中心线同轴。在喷头主体I的后端连接着喷嘴调节装置3，喷嘴调节装置3上设置有外螺纹，喷嘴调节装置3置于喷头主体I上的中心螺纹孔10内，在喷嘴调节装置3上固定有喷针9，喷针9为一端带有尖端的导体，喷针9带尖端的一端穿过喷嘴腔体5并伸出喷嘴4外，喷针9的针体轴线与喷嘴4的中心线同轴，喷嘴腔体5的出口处呈锥形，喷针9伸出喷嘴4外的长度越长，喷嘴腔体5出口处喷嘴腔体5与喷针9之间的间隙越小，喷针9伸出喷嘴4外的长度是通过喷嘴调节装置3来实现的。因为工作时需要较高的电压，会存在较大的漏电电流，为了避免漏电电流对人和设备造成危害，喷头主体1、喷嘴帽2与喷嘴调节装置3由绝缘材料制成，优选为四氟乙烯、聚醚醚酮。本发明的工作原理:如图2所示，静电喷头工作时，给喷针加上预定的电压，让液体带上足够的电荷，在泵的推进下带电液体从喷嘴和喷针的间隙流出，遇到从喷嘴帽和喷嘴之间高速流出的气流，在气流的冲击下形成带电的雾状液滴，这些雾状的液滴随着溶剂的挥发，体积越来越小，同时电荷密度却越来越大，当液滴的电荷密度达到一定程度，使得电荷排斥力大于液滴的表面张力，其破碎成新的若干微小液滴，直到液滴表面的电荷排斥力和表面张力达到平衡为止。与此同时，破碎后的液滴在气流和电荷力的作用下向接地或接相反电极的工件或接收装置运动，如溶剂未挥发完全即到达工件表面时即可获对工件进行喷涂的效果，如溶剂在到达接收装置之前已经挥发完全即可以获得纳米或微米尺寸的粒子。收集装置可以采取单纯的导体构成的接收板，这样可以接收到干燥的粉末状粒子；也可以采取盛有合适液体的收集容器，使得喷出的微粒直接分散在收集液中，避免粒子的聚集。本发明还提供了一种上述静电喷头的使用方法，该方法包括如下步骤:S1、将静电喷头固定在指定位置，调整好静电喷头与接收装置或喷涂工件之间的距离；
S2、开启高压电源，将电源电压调整到预定值；S3、开启气体管路，将气体压力、气体流量以及气体温度调整到预定值；S4、开启液体供给系统，将液体流量调整到预定值。其中，S1中接收装置根据制备粒子的不同可以为多种，如导体制成的接收板或者盛有液体的收集容器。下面通过具体的试验来对上述静电喷头的使用方法进行说明。1、包裹罗丹明B聚乳酸-聚乙醇酸的纳米粒子的制备:将本喷头固定在绝缘的四氟乙烯棒上，喷头喷射方向向下，在其下方30cm处放置一铝制收集圆盘，圆盘可靠接地。高压电源采用负高压电源。将5mg罗丹明B以及0.5g分子量为I万的聚乳酸-聚乙醇酸(75:25)溶解在9.5g乙腈中，溶解完毕后备用。连接好相关的高压电路，气体管路以及液体管路后，开启高压电源，将电源调到50KV，将气体管路气压调整到20kpa，气体温度为室温，液体流量为1.35ml/min。喷雾结束后收集圆盘粉末，即得到包裹有罗丹明的聚乳酸-聚乙醇酸的纳米粒子。2、包裹喜树碱的聚乳酸-聚乙醇酸的纳米粒子的制备:将本喷头固定在绝缘的四氟乙烯棒上，喷头喷射方向向下，在其下方40cm处放置一不锈钢收集碟，碟中盛满乙醇作为收集液，收集碟可靠接地。高压电源采用负高压电源。将50mg喜树碱以及Ig分子量为2万的聚乳酸-聚乙醇酸(75:25)溶解在9g 二甲基甲酰胺中，溶解完毕后备用。连接好相关的高压电路，气体管路以及液体管路后，开启高压电源，将电源调到80KV，将气体管路气压调整到20kpa，气体温度为室温，液体流量为0.45ml/min。喷出的粒子被乙醇收集液收集，粒子均匀分布于乙醇中。将分散有粒子的乙醇溶液加入适量水后，减压蒸馏大部分乙醇，获得分散在水溶液中的纳米粒子，冻干后，即获得载有喜树碱的聚乳酸-聚乙醇酸纳米粒子。3、紫杉醇药物洗脱支架的制备:将本喷头固定在绝缘的四氟乙烯棒上，喷头喷射方向向下，在其下方IOcm处放置一金属裸支架，可靠接地。高压电源采用负高压电源。将6mg紫杉醇以及0.1g分子量为2万的聚乳酸-聚乙醇酸(75:25)溶解在3g三氯甲烷中，溶解完毕后备用。连接好相关的高压电路，气体管路以及液体管路后，开启高压电源，将电源调到30KV，将气体管路气压调整到5kpa，气体温度为室温，液体流量为0.45ml/min。喷出的液滴在未完全干燥后即到达金属支架的表面，控制好喷涂时间以及适当旋转支架，即可获得含紫杉醇的聚乳酸-聚乙醇酸聚合物药物涂层支架。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种静电喷头，其特征在于，包括喷头主体、喷嘴帽和喷嘴调节装置，所述喷头主体前端设有喷嘴，在所述喷头主体上沿轴向设有喷嘴内腔，在所述喷头主体上设有与所述喷嘴内腔相通液体入口，所述喷嘴调节装置连接在所述喷头主体的后端，在所述喷嘴调节装置上固定有喷针，所述喷针的一端穿过所述喷嘴腔体并伸出所述喷嘴外，所述喷嘴帽套在所述喷头主体的前端，在所述喷嘴帽上沿轴向设有喷嘴帽内腔，在静电喷头上还设有与所述喷嘴帽内腔相通的气流入口。
2.根据权利要求1所述的静电喷头，其特征在于，所述喷针为一端带有尖端的导体，所述喷针的针体轴线与所述喷嘴的中心线同轴。
3.根据权利要求2所述的静电喷头，其特征在于，所述喷头主体上设置有中心螺纹孔，所述喷嘴调节装置上设有外螺纹，所述喷嘴调节装置置于所述中心螺纹孔内，通过所述喷嘴调节装置控制所述喷针伸出所述喷嘴的长度来调节所述喷针与所述喷嘴之间的间隙。
4.根据权利要求3所述的静电喷头，其特征在于，所述喷头主体、所述喷嘴帽与所述喷嘴调节装置由绝缘材料制成。
5.根据权利要求4所述的静电喷头，其特征在于，所述气流入口设置在所述喷嘴帽上。
6.根据权利要求4所述的静电喷头，其特征在于，所述气流入口设置在所述喷头主体上。
7.—种如权利要求1 6中任意一项所述的静电喷头的使用方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 51、将静电喷头固定在指定位置，调整好静电喷头与接收装置或喷涂工件之间的距离； 52、开启高压电源，将电源电压调整到预定值； 53、开启气体管路，将气体压力、气体流量以及气体温度调整到预定值； 54、开启液体供给系统，将喷雾液体流量调整到预定值。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述接收装置为导体构成的接收板或盛有收集液的容器。
全文摘要
本发明公开了一种静电喷头及其使用方法，包括喷头主体、喷嘴帽和喷嘴调节装置，所述喷头主体前端设有喷嘴，在所述喷头主体上沿轴向设有喷嘴内腔，在所述喷头主体上设有与所述喷嘴内腔相通液体入口，所述喷嘴调节装置连接在所述喷头主体的后端，在所述喷嘴调节装置上固定有喷针，所述喷针的一端穿过所述喷嘴腔体并伸出所述喷嘴外，所述喷嘴帽套在所述喷头主体的前端，在所述喷嘴帽上沿轴向设有喷嘴帽内腔，在静电喷头上还设有与所述喷嘴帽内腔相通的气流入口。本发明提供的静电喷头及其使用方法大大提高了具有微米或纳米尺度的粒子或涂层的制作速度，提高了工作效率。
文档编号B05B5/03GK103170416SQ20131013184
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者胡权 申请人:胡权