载中药聚乳酸多孔纳米纤维医用敷料

为构筑人体可吸收、抗菌消炎且轻薄柔软的可用于伤口愈合的医用敷料,以聚乳酸为原料,掺杂板蓝根(RI)、柴胡(BC)和茶多酚(GTP)等中药成分,采用氯仿与丙酮二溶剂体系,借助静电纺技术制备聚乳酸(PLA)多孔纳米纤维载中药敷料。通过扫描电镜、红外光谱仪、X射线衍射仪(XRD)和接触角测试仪等手段分析了载中药敷料的微观结构、润湿性能、保水吸液性、抗菌性以及体外降解性能等。结果表明:采用氯仿和丙酮二溶剂体系制备的载中药敷料其纤维具有多孔特征,纤维直径为747~1 550 nm。敷料中所载板蓝根、柴胡、茶多酚与聚乳酸间并未发生负面改性的化学反应。载板蓝根、柴胡、茶多酚的敷料在载药量为3%时对金黄色葡萄球菌抑菌率分别为79.2%、82.5%、75.7%,对大肠杆菌抑菌率分别为79.1%、80.2%、73.9%。同时,较纯聚乳酸敷料,载中药敷料具有较好的透气性和体外降解性,其保水吸液性均提高20%以上,适合用作伤口敷料。

空气过滤用静电纺纳米纤维材料研究进展

面对日益严重的空气污染,传统过滤材料的过滤效率低且过滤阻力大,静电纺纳米纤维材料具有高孔隙率、大比表面积等特性,过滤效率高且过滤阻力小,可广泛应用于空气过滤及个人防护等领域。为此,首先从加工方式方面综述了3种静电纺丝法,不同的方法可获得不同尺度的纤维;其次,从不同纳米纤维材料结构和功能化制备角度,系统综述了空气过滤纳米纤维材料的最新研究进展;最后对规模化制备及纺丝原理进行论述,并展望了未来发展趋势。研究认为:需要深入研究静电纺丝机制,进一步研究电场、溶液、纤维成形之间的影响机制与构效关系开发新技术,来实现静电纺纳米纤维材料的规模化宏量制备;在此基础上对其进行功能化改进,研发具备自清洁、抗菌和传感等功能的空气过滤纳米纤维材料,以提高其在空气过滤领域的应用价值。

半封闭自由表面式静电纺丝喷头设计与优化

针对静电纺丝技术中毛细针头纺丝产量低、自由表面式静电纺丝溶液体系不稳定等问题,提出一种多叶片半封闭自由表面式静电纺丝喷头。利用MatLab软件对叶片截面曲线进行拟合,基于溶液分配均匀性建立喷头基本结构;借助Fluent流体压力仿真以及神经网络(BP)和模拟退火算法相结合的方法,计算出叶片内外层与中线的合适夹角,分别定为27°和50°;基于张力系数的计算推导出喷头内层和外层对液滴持握时间的理论公式,喷头内外层液滴持握时间分别为21.89 s和17.80 s;最后进行静电纺丝实验,验证该喷头叶片尖端可稳定形成12股射流,纤维薄膜面积可达1140~1440 cm^(2),纤维平均直径为275 nm,变异系数(CV值)为17.49%。研究结果对于开发稳定、高效、可控的静电纺丝纳米纤维制备方法具有一定的参考意义。

非对称润湿性纤维复合膜的制备及其油水分离性能

为解决乳化油分离过程中分离效率和通量难以兼顾的问题,以木浆为原料,以氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,采用静电纺丝技术制备纤维素纳米纤维膜;以纤维素纳米纤维膜为亲水层,以聚丙烯熔喷布为疏水层,采用热压复合工艺,构建了具有非对称润湿性材料(Janus)特性的纤维复合膜,并应用于乳化油的油水分离。结果表明:在最佳工艺条件下,复合膜的孔径为0.826μm,分离效率为98.8%,通量为9798.8 L/(m^(2)·h);复合膜具有优异的重复使用性能,使用10次后其分离效率仍能保持在98%,通量达9444.5 L/(m^(2)·h);复合膜对正己烷、正庚烷、三氯甲烷、四氯化碳、石油醚均具有显著分离效果,其分离效率均大于98%,通量均在9000 L/(m^(2)·h)以上。

花瓣状多尖端静电纺丝喷头的电场模拟及优化

针对目前多针头静电纺丝易堵塞、针头之间存在边缘效应和无针头静电纺丝供液易挥发、泰勒锥位置不可控等问题,提出一种花瓣状多尖端喷头静电纺丝方法。喷头为半封闭式结构,上半部分为圆柱直管多流道结构,下半部分为花瓣状流道扩张结构,每层的花瓣之间的间距为4 mm,能够在花瓣尖端高电场诱导作用下激发多股射流;利用COMSOL有限元分析软件对下半部分花瓣状流道扩张结构的各个参数电场强度进行模拟,研究喷头下端花瓣数量、花瓣长度和花瓣排布方式对电场均匀性的影响。结果表明:当静电纺丝喷头花瓣数量为4对(8个)、花瓣内层长度为21 mm、外层长度为20 mm、接收距离为200 mm、电压为30 kV时,电场强度平均值为5.441×10^(6) V/m,变异系数(CV)值为5.58%,表明该静电纺丝喷头可激发较高的电场强度且分布均匀;最后采用静电纺丝设备进行纺丝实验,验证了该新型花瓣状多尖端静电纺丝喷头在静电纺丝过程中能够降低边缘效应,减小能耗,射流多且稳定可控,可进行规模化静电纺丝。

石墨烯-PAN基复合纳米纤维的微观形貌及其抗菌性能

为了优化GO-PAN基复合纳米纤维的制备方法,探究石墨烯的质量分数对复合纳米纤维抗菌性能的影响效果,利用静电纺丝法制备了不同石墨烯质量分数的GO-PAN基复合纳米纤维,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、差示扫描量热仪、力学性能分析等对复合纳米纤维的宏观性能和微观结构进行表征。研究结果表明:石墨烯的添加降低了复合纳米纤维的结晶度,GO-PAN基复合纳米纤维微观上呈三维网状结构,纳米纤维无序交错排列,纤维直径为170~230 nm。随着石墨烯质量分数的增加,复合纳米纤维的拉伸强度先增大后降低,断裂延伸率持续降低,且当石墨烯质量分数增大至0.9%时,复合纤维的拉伸强度达到了最大值20.61 MPa;石墨烯的添加改善了复合纳米纤维热学性能,脱水温度提高。GO-PAN基复合纳米纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过了95%,且石墨烯质量分数0.9%的复合纳米纤维膜对2种菌种的抑菌效率均达到最大值,抑菌率分别为97.32%、99.85%,其中复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌的抑菌效率高于大肠杆菌。

GN-g-MAH/PPy多功能PET非织造布的制备及应用

为提高聚酯(PET)非织造布的性能,将导电材料通过表面改性引入PET非织造布,采用单宁酸(TA)作为桥联剂,功能化石墨烯(GN-g-MAH)和聚吡咯(PPy)作为导电功能层,制备得到多功能PET非织造布,并使用SEM、XRD、TG等测试了PET/GN-g-MAH/PPy的微观结构和热稳定性。结果表明:通过循环自组装法及低温化学聚合法成功制备了PET/GN-g-MAH/PPy非织造布,表现出良好的导电性,表面电阻率低至3.11×10^(-2)Ω·m,表面由疏水转变为亲水。基于此,非织造布也表现出优异的电热性能,对其施加3 V驱动电压时,可在20s内产生约40℃的饱和温度。此外,还具有良好的光热转换性能,当光照强度为300 mW/cm^(2)时,照射20 s后,表面温度可稳定到105.8℃,非织造布还表现出优异的光热抗菌性,当大肠杆菌的菌液浓度为1.6×10^(8)CFU/mL时,使用氙灯模拟太阳光源照射后,抗菌率达到99.6%。

热黏合聚乙烯/聚丙烯双组分纺黏非织造材料性能及其过滤机制

为研究热黏合加固技术对双组分纺黏非织造材料结构和性能的影响,以聚乙烯(PE)为皮层组分、聚丙烯(PP)为芯层组分,采取热轧和热风2种热黏合方式制备了PE/PP皮芯型双组分纺黏非织造材料,借助扫描电子显微镜、自动滤料测试仪、孔径测试仪、渗水性测定仪等对2种方法制备的纺黏非织造材料的结构和性能进行测试与表征,并对造成过滤性能不同的原因进行理论分析,阐释纤维滤材的过滤机制。结果表明:随着面密度的增加,热轧黏合纺黏非织造材料的平均孔径逐渐减小,耐静水压逐渐增加,其中面密度为80 g/m^(2)时,平均孔径为25.74μm,耐静水压为3.14 kPa;热风黏合纺黏非织造材料在低阻力、高容尘、品质因数方面的表现均优于热轧黏合纺黏非织造材料,其中面密度为80 g/m^(2)时,以质量中值直径为0.26μm的NaCl气溶胶为过滤媒介,在32 L/min的测试流量下,电晕驻极后热风黏合纺黏非织造材料的过滤效率为76.62%,过滤阻力仅为15.85 Pa;纤维过滤材料的孔隙率越大其过滤阻力越小,容尘量越高。

低密度聚乙烯熔喷工艺及其非织造布性能

为探究高效制备工艺,获得综合性能优良的超细聚乙烯非织造材料,以低密度聚乙烯(LDPE)为原料,制备了低密度聚乙烯熔喷非织造布。研究了热风温度、热风流量、模头温度、接收距离和熔体流量等熔喷工艺参数对LDPE纤维平均直径的影响规律,并进一步考察了熔喷非织造布的过滤性能和力学性能。结果表明:提高热风温度、热风流量和模头温度等均有助于降低纤维的平均直径,所制备纤维最小平均直径可达5.3μm,熔喷非织造布的最大拉伸强力为6.12 N,抗拉强度为2.16 MPa;经过热压工艺处理后,面密度为120 g/m^(2)的LDPE非织造布在32 L/min流量下的过滤效率可达75%以上,平均过滤阻力为80 Pa。

纤维素基静电纺丝纳米纤维功能材料研究进展

纤维素基纳米纤维的制备为纤维素及其衍生物的高值化利用提供了方法和途径。通过静电纺丝技术可以制备获得种类繁多、功能各异的纤维素基纳米纤维材料。本文基于几种典型纤维素基纳米纤维功能材料,分别从原料种类、溶剂体系、溶液固液比、化学修饰等角度概述了其制备方法。化学改性赋予纤维素纳米纤维材料的性能特点使其在环境工程、生物医学工程、探测工程及能量储存等领域被广泛应用。虽然纤维素纳米纤维在功能材料的设计与应用方面已经取得了很大的进展,但在高质量规模化生产、功能化集成和全生物质可降解等方面仍存在挑战。

双组分聚乳酸纤维热风非织造布的制备及性能

为获得蓬松舒适的一次性卫生用品面层,以双组分皮芯结构聚乳酸(PLA)纤维为原料制备不同的热风非织造布,并与常规聚烯烃系(ES)纤维热风非织造布性能做对比,测试热风非织造布的拉伸性能、耐磨性能、透气透湿性能、液体穿透性能、抗菌性能及微生物降解性能。结果表明:相较于ES热风非织造布,PLA热风非织造布断裂强力、透气透湿性能略低,但仍满足一次性卫生用品标准要求;液体穿透性能及抗细菌性能更好;延长加热时间、提高热风温度可提高PLA热风非织造布的耐磨性和锁液能力;微生物降解140 d后降解率可达92.11%;综合性能更优。

高收缩聚酯/聚酰胺6中空橘瓣型纺黏针刺非织造布的制备及其性能

为解决高收缩聚酯(HSPET)/聚酰胺6(PA6)中空橘瓣型双组分纺黏长丝铺网针刺后存在纤维开纤裂离效果差的问题,对HSPET/PA6针刺布采用干热处理、水热处理、超声波处理和转鼓机洗处理4种物理开纤方式进行分析,并研究了转鼓机洗处理温度和时间对HSPET/PA6针刺布性能的影响。结果表明:HSPET/PA6针刺布的开纤率为18.9%,干热处理后的HSPET/PA6针刺布开纤率并未改变;经水热处理、超声波处理及转鼓机洗处理后的HSPET/PA6针刺布开纤率分别为24.0%、32.6%、75.5%,转鼓机洗能有效提高HSPET/PA6针刺布的开纤率;在最佳转鼓机洗处理温度60℃下,随着转鼓机洗处理时间的延长,开纤率逐渐提高,HSPET/PA6针刺布的柔软度及力学性能随着开纤率的提高逐渐得到改善,而HSPET/PA6针刺布的透气透湿性能逐渐下降。

熔融双组分超细纤维成纤技术研究进展

为深入探究熔融双组分复合纤维原纤化的超细纤维成形技术,介绍了共混纺丝和共轭纺丝2种复合纺丝技术及其在生产超细纤维时的原料及工艺,具体阐述了海岛型复合纤维和裂离型复合纤维开纤工艺及特点,分析了聚合物及工艺对复合纤维生产超细纤维的影响。综述了熔融复合纤维原纤化用到的化学溶剂开纤、水溶开纤、机械开纤等开纤技术。概述了用熔融复合纺丝技术生产的超细纤维材料在合成革、过滤与分离、医用防护、卫生健康等领域中的应用,提出了复合纺丝技术生产超细纤维的发展方向,并指出复合纤维有望通过成形技术实现原料多元化、纤维细旦化、材料功能化等方面的不断发展和创新,将推动相关产业朝着更加可持续和环保的方向发展。

单向导湿抗菌敷料的制备及性能研究

为了获得具备单向导湿功能的抗菌敷料,利用静电纺丝技术成功制备了聚乳酸/纳米氧化锌-聚乳酸/壳聚糖(PLA/ZnO-PLA/CS)双层结构纳米纤维膜和聚乳酸/纳米氧化锌-聚乳酸/壳聚糖-聚乙烯醇/透明质酸(PLA/ZnO-PLA/CS-PVA/HyA)三层结构纳米纤维膜。对双层结构和三层结构纳米纤维膜敷料的微观形貌、化学基团、墨滴扩散、吸水性、亲水性、抗菌性及生物安全性进行了测试分析。结果表明:从PLA/ZnO内层、PLA/CS中间层到PVA/HyA外层,纳米纤维的直径逐渐减小,孔径逐渐减小,孔隙率逐渐升高;具有梯度结构的三层纳米纤维膜敷料亲水性最佳,且PLA/ZnO内层可形成明显抑菌圈,具有良好抗菌性;三层梯度结构敷料成分不会影响细胞增殖,无细胞毒性;PLA/CS层和PVA/HyA层形成梯度引流作用,具有优良的单向导湿功能,可将伤口处积液引流到敷料外层。认为:纺丝时间为3 h的三层梯度纳米纤维膜在导湿、抗菌方面性能突出,对细胞无毒性,适用于伤口敷料相关产品的开发。

熔喷工艺参数对聚乳酸非织造材料力学性能的影响

为提升聚乳酸熔喷非织造材料的力学性能,基于Box-Behnken响应面设计实验方法,研究模头左右侧吹风温、网下抽吸风速及接收距离等工艺参数对材料横纵向断裂强力与断裂伸长率的影响规律。研究结果表明:材料横纵向断裂强力随着接收距离的增大而减小。当网下抽吸速度较低时,材料横纵向断裂强力随左右侧吹风温增加而增加,材料横向断裂强力随接收距离的增加而下降。材料断裂伸长率随接收距离的增加呈下降趋势。当网下抽吸风速降低时,材料横纵向断裂伸长率随左右侧吹风温的升高而增大,材料纵向断裂伸长率随接收距离的增大而呈现下降趋势。接收距离对材料力学性能影响最大。响应面优化获得的最佳PLA制备工艺为左右侧吹风温259.36℃,网下抽吸风速345.77 r·min^(-1),接收距离170.55 cm。

PVA/HA串珠纤维非织造材料及其复合纸的成形和功效评价

为了解决普通原纸因表面粗糙、缺乏保湿功效导致使用后易引起皮肤损伤、干燥等问题,采用静电纺丝技术将透明质酸(HA)与聚乙烯醇(PVA)的混合溶液制备成PVA/HA串珠纤维膜,探究纺丝参数对纤维形貌的影响。使用原纸作为接收基材与PVA/HA串珠纤维复合,测试HA迁移率与保湿性能。结果表明:当PVA质量分数为5%,PVA与HA质量比为5∶3,辊筒转速为150 r/min,电压为18 kV,给液速率为0.5 mL/h,接收距离为15 cm时,获得的串珠纤维复合纸表面的纤维膜最光滑致密,且无明显疵点。纤维膜具有良好的浸润性,接触角为48°,遇水9 s内即完全溶解。串珠纤维复合纸的HA迁移率在PVA与HA质量比为5∶3、纤维面密度为1.5 g/m2时最高。此时,其保湿性能也达到最高水平,相比仅用水润湿的对照组(含水量64%),在皮肤上贴敷复合纸1 min后,皮肤含水量从14%提升到79%。

针刺工艺参数对非织造布性能的影响

针刺非织造布是非织造产品中发展较快的产品之一。本文探讨了两种主要的针刺工艺参数对非织造布各项性能的影响。经实验验证及理论分析 ,得出了针刺密度、针刺深度与非织造布物理性能。

黏胶/ES纤维热轧消毒吸附干巾表层材料的制备与性能分析

为制备兼具良好力学性能和导流性能的消毒吸附干巾表层材料,将黏胶纤维和ES纤维混合,通过热轧非织造加固工艺制备黏胶/ES纤维热轧消毒吸附干巾表层材料。通过单因素试验,探讨黏胶纤维和ES纤维混合比例及热轧温度对材料力学性能和导流性能的影响。结果显示:纤维混合比例与热轧温度均显著影响材料的力学性能与导流性能,优化的工艺参数为黏胶纤维和ES纤维质量比20/80、热轧温度135℃。采用优化工艺参数制备的热轧消毒吸附干巾表层材料,其纵横向断裂强力分别为88.16 N和36.82 N,吸液率为751%,扩散长度为18.1 cm,渗水面浸湿时间为2.25 s,上下层吸水速率分别为26.19%/s和65.61%/s,上下层液态水扩散速度分别为3.96 mm/s和6.54 mm/s,单向传递指数为962,兼具良好的力学性能和导流性能。

熔喷聚乳酸/聚偏氟乙烯电晕驻极空气过滤材料电荷存储与过滤性能相关性研究

针对空气颗粒物污染问题,为实现对空气中PM 2.5以及其它有害颗粒物的高效过滤,从而达到保护人体生命健康的目的,将介电性与极性良好的聚偏氟乙烯(PVDF)与生物可降解的聚乳酸(PLA)熔融共混,并经过熔喷纺丝工艺结合电晕驻极,制备出具有纤维直径细、孔径小、过滤效率高、过滤阻力低的环境友好型驻极体空气过滤材料。通过系统研究PVDF对PLA电晕驻极体空气过滤材料的结晶行为、电荷存储性能及其机制与过滤性能之间的关系,发现PVDF的引入对PLA/PVDF熔喷非织造布纤维的结晶性能具有重要影响,可使PLA结晶速度加快,结晶度增加。PLA/PVDF电晕驻极熔喷布的初始表面静电势高达3 kV以上,热刺激放电测试峰值更高,电荷存储量有明显提升。特别地,在85 L/min纺丝流速下测试,PLA/PVDF单层电晕驻极熔喷非织造布过滤性可达85%,过滤阻力小于40 Pa,相较于未添加PVDF的电晕驻极熔喷非织造布过滤效率提升20%以上;探讨了电晕驻极后PLA/PVDF熔喷非织造布的电荷存储机制,发现PLA/PVDF熔喷非织造布的电荷存储性能提升最终使过滤性能提高。

不同针刺密度石英针刺毡复合材料的力学性能研究

为探究不同针刺密度对石英针刺毡及其复合材料力学性能的影响,采用叠层针刺方法,制作石英针刺毡。采用真空辅助树脂转移模塑成型(VARTM)工艺,以环氧树脂为基体,石英针刺毡为增强体,制作复合材料。力学性能测试结果表明:石英针刺毡和其机织布的拉伸性能随着针刺密度增加呈递减趋势,层间剥离强度呈先增后减趋势,在针刺密度30针/cm^(2)时层间性能最好;随着针刺密度增加,石英针刺毡复合材料的拉伸性能呈减少趋势,剪切性能和弯曲性能呈先增后减趋势,压缩性能呈增加趋势;剪切性能在针刺密度50针/cm^(2)时达到最高,弯曲性能在针刺密度30针/cm^(2)时最好。