电纺聚合物多级结构的调控及应用研究

来源 :中国科学院化学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:asdf07124029
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本论文利用静电纺丝这项技术,通过对纺丝溶液性质、纺丝参数以及环境参数的简单调控,在制备膜材料的过程中,同时实现对电纺所得结晶聚合物纤维内部的分子链构象的调控,以及在电纺所得纤维或粒子等一级结构上构筑更精细的二级结构(纤维表面分布的纳米小孔等结构),从而拓展了静电纺丝这项技术的应用范围。   1.从聚合物溶液性质、电纺参数以及环境条件三个方面研究了影响电纺聚偏氟乙烯形貌的因素。提高溶液浓度、在溶剂中引入丙酮、提高电纺温度,都有利于减少粒子或珠丝结构;调节溶液浓度、混合溶剂比例、纺丝电压,可有效调节纤维直径,从而得到不同直径分布的聚偏氟乙烯均匀纤维膜,纤维直径在100 nm到几个微米的区间可精确调控。   2.考察电纺参数,如溶剂、温度、推进速率、接收距离、溶液浓度等对电纺PVDF纤维膜结晶晶型的影响。溶剂组成、电纺温度、推进速率是控制电纺PVDF晶型的主要因素:低沸点溶剂的引入、降低纺丝温度、降低推进速率,都有利于全反式构象的β晶的形成。优化纺丝条件以利于形成β晶的偏氟乙烯,从而实现对形貌和晶型的双重调控,得到主要由β晶组成的聚偏氟乙烯纤维膜。对电纺纤维膜的拉伸红外测试表面,拉伸会破坏纤维膜中的结晶,但并没有引起晶型的变化。   3.通过电纺丝过程中各种参数的精确控制,制备具有微-纳多级结构的聚苯乙烯薄膜:不同粒径分布的粒子,不同长径比的珠丝结构以及不同形状和直径分布的纤维,称之为一级结构;粒子或纤维表面分布的不同孔径和深度的纳米小孔,纤维内部的网络结构,粒子表面的纳米乳突结构等,称之为二级结构。   4.对二级结构的形成条件及不同条件下所得形貌的区别,探讨二级结构的形成机理。一定的环境湿度对二级结构的形成起很关键的作用。以高沸点、难挥发的DMF作为溶剂,得到分布有纳米乳突的粒子以及内部有多孔网络结构的纤维;以低沸点、易挥发的THF作为溶剂,得到表面分布有纳米小孔的纤维或粒子。我们认为,这是空气中水蒸汽引发体系发生粘弹性相分离而形成的分相结构。   5.研究不同结构的电纺聚苯乙烯表面的浸润性能,发现聚合物表面形貌极大地影响其表面浸润性,通过电纺制备的聚苯乙烯表面疏水性能大大提高:聚苯乙烯光滑薄膜,水接触角约97°;电纺构筑聚苯乙烯薄膜水接触角在140°~160°之间;表面分布有纳米乳突的粒子构成超疏水膜表面,水接触角达到约160°。   6.通过电纺的方法制备聚苯乙烯纤维膜,以该纤维膜作为细胞培养基底,进行大鼠骨髓基质干细胞(MSC细胞)的体外培养,考察不同的纤维形貌对细胞黏附与生长的影响。细胞的体外培养结果表明,以电纺PS纤维膜作为细胞培养基底,细胞的粘附和生长情况良好,电纺纤维的结构形貌对于细胞的黏附与增殖行为影响较大。
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