一种利用聚合物薄膜自卷曲制备纤维材料的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用聚合物薄膜自卷曲制备纤维材料的方法。本发明通过在酸性水溶液中对图案化的聚-4-乙烯基嘧啶薄膜进行可控自卷曲制备了一种新型的纤维材料；在进行卷曲之前，聚合物薄膜用不同的表面处理技术进行处理(如等离子体化学激活，金属溅射，纳米颗粒沉积等等)，然后用金属刀片在薄膜上单向刮伤间隔为几百微米的刮痕，卷曲从平行的刮痕开始最终形成双轴纤维。本发明每50cm2的图案化薄膜可以产出1cm3的纤维材料，提高了纤维材料的产量，具有大规模工业应用的前景。
【专利说明】 一种利用聚合物薄膜自卷曲制备纤维材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型纳米纤维的制备方法，尤其涉及一种利用图案化的聚合物薄膜自卷曲制备纤维材料的方法。
【背景技术】
[0002]具有先进功能的纤维材料在医学、化学工程、细胞动力学等领域都有非常广泛的应用，智能纤维及其产品能够被开发成用于活体组织再生的支架材料、可控药物释放的容器、电活性人造肌肉的构件元素、传感器和光电子器件等。在大部分的应用中，功能纤维的先进功能依赖于其复杂的结构和精确的制造程序。电活性纤维由导电聚合物，电解质和电极形成的连续外壳构成，具有空心结构的纤维可以利用核-壳静电纺丝的方法制备，或者通过在具有微孔结构的模板膜的内部沉积聚合物的方法制备。这种纤维具有非常广泛的应用如药物传递，催化和红外传导。
[0003]具有不同自然属性的微拉伸薄膜的自卷曲近年来已经被广泛研究用于一种制备微米或亚微米宽的管状和卷轴状材料的方法；伴随着起皱和膨胀，薄膜的卷曲构成一种内部的面内压力的松弛模式，对于脱离基底的通常会有结构多相性的薄膜来说卷曲是非常常见的；对于聚合物来说，多相性与薄膜的上部和外面的不同的化学组成有关系。现有技术中，附着有功能性微纳米颗粒的纤维状材料的开发方面的研究较少，且这类纤维材料的产量很低。
【发明内容】
[0004]本发明制备了一种新型的纤维材料，这种材料是利用刺激相应型聚合物如交联聚-4-乙烯基嘧啶的微卷曲制备的，微卷曲是通过在亚毫米宽的条纹中图案化处理的聚-4-乙烯基嘧啶的薄膜的自卷曲形成的。在进行卷曲之前，聚合物薄膜可以用不同的表面处理技术进行处理(如等离子体化学激活，金属溅射，纳米颗粒沉积等等)。本发明表明，自卷曲程序可以用来开发大量制备具有卷轴状内部结构的聚合物纤维材料，也制备磁性微米颗粒(Fe3O4)功能化的纤维材料并用于过氧化氢降解的催化剂，纤维材料的力学性能可以通过在乙醇中用氯化铜溶液着色进行增强。
[0005]具体制备方法如下:
[0006](I)基底的制备:首先制备3%的聚-4-乙烯基嘧啶(w / V)的三氯甲烷溶液，然后在玻璃基底上利用旋涂的方法(旋涂参数为:速度1000?3500tpm，时间50?100s)制备出0.32?0.45微米厚的聚4-乙烯基嘧啶薄膜，薄膜先用紫外照射(波长=254nm，照射强度=2.0?2.5J / cm2)进行交联，再用空气等离子体(0.065Torr)处理50?IOOs进行亲水性改性，用金属刀片在薄膜上单向刮伤间隔为80?300微米的刮痕。
[0007](2)纤维材料的制备:基底用一层酸性溶液(pH=2 ；0.1 %的HCl水溶液)浸泡，纤维在酸性溶液的作用下20?40s就会形成并且肉眼可见，纤维用巴氏灭菌的移液管收集到试管中，然后将悬浮物与2?5wt%的氯化铜乙醇溶液混合，这时会发现纤维团聚成相对紧凑的块状结构，将纤维的团聚体转移到蒸馏水中，然后冷冻干燥，最后，样品在N2浴中-80°C低压(10~15Torr)冷冻干燥。
[0008]本发明中，通过在酸性水溶液中对图案化的聚-4-乙烯基嘧啶薄膜进行可控自卷曲制备了一种新型的纤维材料。卷曲从平行的刮痕开始最终形成双轴纤维，纤维通过用CuCl2盐溶液着色和冷冻干燥的方法进行固定，纤维材料的产量每50cm2的图案化薄膜可以产出Icm3的纤维材料。
【具体实施方式】
[0009]为了加深对本发明的理解，下面结合具体实例做进一步的说明。
[0010](I)基底的制备:首先制备3%的聚-4-乙烯基嘧啶(w / V)的三氯甲烷溶液，然后在玻璃基底上利用旋涂的方法(速度2000tpm，时间70s)制备出0.43微米厚的聚4-乙烯基嘧啶薄膜；薄膜先用紫外照射(波长=254nm，照射强度为2.3J / cm2)进行交联，用空气等离子体(0.065ΤΟ1r)处理60s进行亲水性改性，再用金属刀片在薄膜上单向刮伤间隔为120微米的刮痕。[0011](2)纤维材料的制备:基底用一层酸性溶液(pH=2 ；0.1 %的HCl水溶液)浸泡，纤维在酸性溶液的作用下25秒钟就会形成并且肉眼可见，纤维用巴氏灭菌的移液管收集到试管中，然后将悬浮物与3wt%的氯化铜乙醇溶液混合，这时会发现纤维团聚成相对紧凑的块状结构，将纤维的团聚体转移到蒸馏水中，然后冷冻干燥。最后，样品在N2浴中-80°C低压(12Torr)冷冻干燥。
【权利要求】
1.一种聚合物薄膜自卷曲制备新型纤维材料的方法，步骤如下: (1)基底的制备: 制备3%的聚-4-乙烯基嘧啶(W / V)的三氯甲烷溶液，然后在玻璃基底上利用旋涂的方法(速度1000~3500tpm，时间50~100s)制备出0.32~0.45微米厚的聚4-乙烯基嘧啶薄膜，薄膜先用紫外照射(波长=254nm，照射强度=2.0~2.5J / cm2)进行交联，再用空气等离子体(0.065Torr)处理50~IOOs进行亲水性改性，用金属刀片在薄膜上单向刮伤间隔为80~300微米的刮痕； (2)纤维材料的制备: 基底用一层酸性溶液(pH=2 ;0.1%的HCl水溶液)浸泡，纤维在酸性溶液的作用下20~40s就会形成并且肉眼可见，纤维用巴氏灭菌的移液管收集到试管中，然后将悬浮物与2~5?七％的氯化铜乙醇溶液混合，将纤维的团聚体转移到蒸馏水中，在N2浴中-80°C低压(10~15Torr)冷冻干燥。
2.如权利要求1所述的制备新型纤维材料的方法，其特征在于:所述旋涂方法的参数为:速度2500tpm，时间70s，制备出的聚4-乙烯基嘧啶薄膜厚度为0.41微米。
3.如权利要求1所述的制备新型纤维材料的方法，其特征在于:金属刀片在薄膜上造成的单向刮痕间隔为20 0微米。
【文档编号】B29C69/00GK103624990SQ201310586346
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】韩志超, 许杉杉 申请人:无锡中科光远生物材料有限公司