气流辅助高压静电纺丝法制备蚕丝蛋白纳米纤维的研究

目的研究蚕丝丝素蛋白亚微米和纳米纤维二者在超细纤维加工方面的特点.方法通过高压静电纺丝和气流辅助高压静电纺丝工艺制备蚕丝蛋白亚微米、纳米纤维.结果当气体流量达到4 L/min时,气流辅助高压静电纺丝可以制的更细的纳米纤维.结论气流辅助高压静电纺丝工艺有助于获得更细的纳米纤维.

气流辅助的静电纺丝技术研究进展

近年来,通过引入外部气流来增强静电纺使纳米纤维生产能力取得了显著进展,气流辅助不仅提高了静电纺丝效率,还改善了纤维的取向、堆积密度甚至形貌,已逐渐发展成为一种先进的纳米纤维制造方法。不同的气流施加方式,对静电纺丝过程具有不同的效果,结合不同的静电纺丝模式,使其展示独特优势,从而极大地丰富了静电纺丝技术。综述了气流辅助静电纺丝技术的研究进展,包括其基本原理、发展历程,讨论了具有代表性的气流辅助静电纺丝装置,如气流辅助的针型静电纺丝、气流辅助的无针静电纺丝、离心静电纺丝主要参数和理论模拟。对气流辅助静电纺丝技术存在的问题以及未来研究发展进行了展望。

气流辅助静电纺丝制备负载姜黄素纳米纤维及美拉德反应对纤维性质的影响

为了探究美拉德反应对负载不同含量姜黄素的纳米纤维性质的影响,该研究通过气流辅助静电纺丝技术制备负载不同含量姜黄素的明胶/玉米醇溶蛋白/姜黄素纳米纤维。在进料速率10.0 mL/h条件下成功制得负载不同姜黄素含量(0%、0.1%、0.5%和1.0%,质量分数)的形态良好的纳米纤维。在温度为60℃、相对湿度为50%的条件下进行美拉德反应(0、2、5 d)后对其微观形貌、宏观性质和功能特性进行研究。扫描电子显微镜观察发现,随着姜黄素负载含量的提高,纳米纤维直径增大(负载0%、0.1%、0.5%和1.0%姜黄素纳米纤维的直径分别为573.5、703.5、733.27和752.25 nm)。红外光谱分析、热力学分析和X射线衍射分析表明,姜黄素均匀地分散于纳米纤维中并通过氢键与蛋白分子发生相互作用。美拉德反应对纳米纤维形态和水接触角无显著影响。随着姜黄素负载含量的提升,纳米纤维DPPH自由基清除能力、Fe^(3+)和Cu^(2+)还原能力随之增加,但是美拉德反应对其DPPH自由基清除能力产生了不良影响,使其Fe^(3+)还原能力有所提升。美拉德反应显著抑制了负载姜黄素纳米纤维的抑菌能力,归因于纳米纤维中的蛋白形成更紧密的网络结构抑制了姜黄素的释放。

基于气流辅助的静电纺丝喷头结构设计

为改善静电纺丝纳米纤维生产效率低的问题,依据静电纺丝基本原理及气流辅助机理,设计一种气流狭槽静电纺丝喷头。首先,以静电纺丝原理为基础,引入气流辅助作用力,建立带有对喷气流狭槽的静电纺丝喷头模型;然后,使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics 5.3对喷头模型进行参数仿真分析并选取最优参数,确定气流狭槽静电纺丝喷头结构;最后,对气流狭槽静电纺丝喷头进行PAN纺丝实验。结果表明:纳米纤维的产量达到70 g/h,是同规格多针头静电纺丝喷头产量的8~11倍,极大提高了纳米纤维的生产效率。实验验证了气流狭槽静电纺丝喷头的可行性,为纳米纤维批量化生产提供依据。

内锥面喷头熔体静电纺丝工艺参数对纤维直径的影响

提出了1种批量化制备纳米纤维的熔体微分静电纺丝新装置——内锥面纺丝喷头,并研究了纺丝过程中主要的工艺参数——电场强度、熔体温度、气流速度对纤维成型过程及直径的影响。实验结果表明:随着电场强度增大,PP纤维直径减小,但电场强度过大时,内锥面喷头周向上的射流分布不均匀;随着熔体温度升高,纤维直径减小,但熔体温度过高时,不能成纤;气流辅助有助于纤维变细,且气流速度越大,纤维越细。

聚乳酸的熔体微分静电纺丝

提出气流辅助熔体微分静电纺丝方法和装置,电纺得到纳米级的聚乳酸纤维(PLA)。利用正交实验测试了纺丝过程中的主要工艺参数——风温、风速、电压、聚乙二醇(PEG)含量对纤维直径和标准差的影响。实验结果表明:PEG含量对纤维直径有最显著的影响,其次为电压、风温和风速。而对纤维标准差影响由大到小分别是风速、风温、PEG含量和电压。

气流辅助提高有针阵列制备纳米纤维产量的方法

提出一种基于气流辅助的静电纺丝工艺,以聚乙烯醇(PVA)溶液为纺丝液,探究气压对静电纺丝结果的影响,并与无气流辅助的静电纺丝进行对比试验。结果表明脉冲气流对气泡的产生和射流的持续性有较好的改善作用;相比于传统的静电纺丝工艺,气体辅助静电纺丝技术能较大地提高纺丝效率,提升纳米纤维的产量。

熔体微分静电纺制备聚乳酸纳米纤维

采用自制的熔体微分静电纺丝设备，探究了硬脂酸对聚乳酸（PLA）熔体粘度的影响，并通过辅助气流进一步细化纤维直径。试验结果表明：硬脂酸可有效降低PLA熔体的粘度，并细化了纤维直径，确定了硬脂酸最佳添加量为6％。辅助气流流速的提高会增加喷头处泰勒锥的数目，进而降低纤维直径。在纺丝温度250℃，纺丝距离4．5cm，硬脂酸添加量6％，辅助气流流速25m／s的条件下，可以制备出平均直径为610nm的PLA纳米级纤维。