CN103215658A

CN103215658A - 一种新型的静电电纺方法

Info

Publication number: CN103215658A
Application number: CN2012100197951A
Authority: CN
Inventors: 应宗荣
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-01-21
Filing date: 2012-01-21
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明提供采用一种新型的静电电纺方法，包含高压电源、供液装置、电纺喷头和接收装置，供液装置向电纺喷头供给电纺液体，电纺喷头的喷嘴为直线型狭缝喷嘴，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度≥0.1毫米、长度≥4毫米且长宽比≥10，高压电源在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间形成高压电场，电纺液体通过直线型狭缝喷嘴进行静电电纺。电纺喷头上有多个直线型狭缝喷嘴时最好呈平行排列方式布置或者呈辐射状方式布置(可以在辐射中心汇合连通)。直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度最好是0.2～2毫米。直线型狭缝喷嘴与接收装置之间可以设置有辅助电极。本发明方法静电电纺效率高，且可纺制连续均质的超薄膜状物或涂层物。

Description

一种新型的静电电纺方法

一、技术领域

本发明涉及静电电纺方法，特别涉及一种新型的静电电纺方法，属于静电应用及静电纺技术领域。

二、背景技术

由于静电纺丝可以纺制纳米纤维，因此近几年国内外兴起了静电纺丝的研究热潮。但是，迄今静电电纺都采用圆孔喷嘴或注射针头喷嘴进行，由于喷孔很小，因此电纺生产效率很低，比如采用单孔喷嘴或单针喷嘴电纺，通常的纺丝液体效率仅1毫升/小时左右。为了提高电纺效率，现有技术不得不在电纺喷头上布置多层圆孔喷嘴或针孔喷嘴，但是电纺时处于中心部分的喷嘴电纺液由于受到周围喷嘴电纺液的静电作用而往往难以出现射流，因此在电纺喷头上布置多层圆孔喷嘴或针孔喷嘴的方式事实上往往并不能很好地提高电纺效率和保证电纺质量。特别是，现有技术都是采用圆孔喷嘴或针孔喷嘴，因此电纺只能得到纤维及纤维网，不能得到连续的均质的电纺膜状物或电纺涂层。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种静电电纺纺制纤维的新型高效方法和静电电纺纺制连续均质膜状物的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种新型的静电电纺方法，包含高压电源、供液装置、电纺喷头和接收装置，供液装置向电纺喷头供给电纺液体，电纺喷头的喷嘴为直线型狭缝喷嘴，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度≥0.1毫米、长度≥4毫米且长宽比≥10，直线型狭缝喷嘴与高压电源的高压电极连通，高压电源的接地电极与接收装置连接，在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间形成高压电场，电纺液体通过直线型狭缝喷嘴进行静电电纺。

对于本发明新型静电电纺方法，1个电纺喷头上可以仅有1个直线型狭缝喷嘴，也可以有1个以上(即2个或2个以上)的直线型狭缝喷嘴。

对于1个电纺喷头上有2个或2个以上的直线型狭缝喷嘴的情形，所有直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上以呈平行排列的方式布置为较佳。

对于1个电纺喷头上有3个或3个以上的直线型狭缝喷嘴的情形，所有直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上的布置方式最好是，所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状方式布置或者所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状方式布置并在辐射中心汇合连通。

对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度最好是0.2～2毫米范围。

对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝长度最好≥10毫米。

对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴四周薄壁厚度最好≤0.3毫米或者直线型狭缝喷嘴四周倒角是锐角。

对于本发明新型静电电纺方法，在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间可以设置有辅助电极。

与现有技术相比，本发明具有显著的优点。本发明采用直线型狭缝喷嘴进行静电电纺，静电电纺效率大大提高，并且克服了采用多层圆孔喷嘴或针形喷嘴时处于中心部分的喷嘴难以出现射流的问题，突破了现有技术提高电纺效率难以克服的瓶颈难题。特别是，本发明采用直线型狭缝喷嘴进行静电电纺可以纺制连续均质的膜状物或涂层。

四、附图说明

图1是采用直线型狭缝喷嘴的静电电纺装置示意图

图2是直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝示意图(一)

图3是直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝示意图(二)

图4是直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝示意图(三)

图5是直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝示意图(四)

图6是多个直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上以平行排列方式布置的示意图

图7是多个直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上呈辐射状方式布置的示意图(一)

图8是多个直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上呈辐射状方式布置的示意图(二)

图9是(金属)薄片围成直线型狭缝喷嘴的示意图

图10是直线型狭缝喷嘴处四周为锐角倒角的示意图

五、具体实施方式

本发明新型静电电纺方法，包含高压电源、供液装置、电纺喷头和接收装置，供液装置向电纺喷头供给电纺液体，电纺喷头的喷嘴为直线型狭缝喷嘴，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度≥0.1毫米、长度≥4毫米且长宽比≥10，直线型狭缝喷嘴与高压电源的高压电极连通，高压电源的接地电极与接收装置连接，在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间形成高压电场，电纺液体通过直线型狭缝喷嘴进行静电电纺。

附图1是本发明采用直线型狭缝喷嘴的静电电纺装置的一种布置示意图。附图1中1为高压电源，2为电纺喷头，3为供液装置，4为接收装置。当然，本发明采用直线型狭缝喷嘴的静电电纺装置可以是其他合适的布置方式。

我们把静电电纺时喷出电纺液体的出口称为喷嘴。直线型狭缝喷嘴是指静电电纺时喷出电纺液体的出口是直线型狭缝的喷嘴。本发明所述的直线型狭缝是指长度方向上两个边为直线边且相互平行的狭缝，可以是完全规整的矩形狭缝(如附图2所示)，也可以是矩形四角为圆弧的类矩形狭缝(如附图3所示)，或者两端为圆弧连接的直线型狭缝(如附图4所示)，当然还可以是两端为锥形连接(如附图5所示)或者两端为其他形状连接的直线型狭缝。

在附图2、附图3、附图4和附图5中，a为直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝长度，b为直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度。对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度b不能小于0.1毫米，否则难以顺利进行电纺，同时直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝长度a不小于4毫米且a/b≥10，否则提高静电电纺效率提高不明显，电纺效果不理想，不能实现本发明目的。当直线型狭缝是两端为圆弧或者锥形或者其他形状连接的直线型狭缝时，长度方向上两个边为直线边且相互平行的部分长度不小于整个狭缝长度的2/3，如附图3、附图4和附图5中所示的c/a应≥2/3。

对于本发明新型静电电纺方法，1个电纺喷头上可以仅有1个直线型狭缝喷嘴，但是最好是有1个以上(即2个或2个以上)的直线型狭缝喷嘴。

对于1个电纺喷头上有2个或2个以上的直线型狭缝喷嘴的情形，所有直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上的布置方式尽管可以有各种布置方式，但是，较佳的布置方式是所有直线型狭缝喷嘴完全呈平行排列的方式布置，如附图6所示。附图6中的1代表平板型电纺喷头，2代表布置在平板型电纺喷头上的直线型狭缝喷嘴，附图6示意了6个直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上完全呈平行排列方式布置的情形。

对于1个电纺喷头上有3个或3个以上的直线型狭缝喷嘴的情形，所有直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上的布置方式最好是，所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状方式布置或者所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状方式布置并在辐射中心汇合连通。附图7示意了所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状布置的方式。附图7中的1代表平板型电纺喷头，2代表布置在平板型电纺喷头上的直线型狭缝喷嘴，附图7示意了8个直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上呈辐射状方式布置的情形。附图8示意了所有(8个)直线型狭缝喷嘴在电纺喷头上呈辐射状方式布置并在辐射中心汇合连通的一种情形，当然可以以其他的方式在辐射中心汇合连通。附图8中的1代表平板型电纺喷头，2代表布置在平板型电纺喷头上的直线型狭缝喷嘴。

对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度太小和太大都不利于静电电纺，为了很好地进行电纺，直线型狭缝宽度最好是0.2～2毫米范围。

对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝长度最好≥10毫米，这样直线型狭缝的特点和效果才能表现出来。

对于本发明新型静电电纺方法，直线型狭缝喷嘴可以用(金属)薄片围成，这时(金属)薄片的围成体及固定(金属)薄片围成体的底座可以合称为电纺喷头。为了使直线型狭缝喷嘴处的电荷密度更高而利于电纺，用金属薄片围成的直线型狭缝喷嘴处四周薄壁厚度以≤0.3毫米为佳，越薄越好，如附图9所示。附图9中a为所示直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝长度，b为所示直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度，d为直线型狭缝喷嘴四周薄壁厚度，箭头所指方向(与电纺液体流向相反，电纺液体向箭头所指相反的方向流向直线型狭缝喷嘴并最后喷出直线型狭缝喷嘴)是电纺喷头底座方向，m和n分别是往底座方向某处的狭缝流道的长度和宽度，m可以等于a也可不等于a，n可以等于b也可不等于b。或者为了使直线型狭缝喷嘴处的电荷密度更高而利于电纺，直线型狭缝喷嘴四周倒角(如附图10所示的平面ABCD与平面ABMN之间的夹角)最好是小于90度的锐角(这时直线型狭缝喷嘴四周厚度d相当于是零，如附图10所示)，四周倒角的角度越小越好。

对于本发明新型静电电纺方法，可以在板形底板上开设直线型狭缝，此时朝向电纺接收装置的底板板面上的直线型狭缝即为直线型狭缝喷嘴(因为电纺液体从该处直线型狭缝喷出，因此称为喷嘴)，开设直线型狭缝喷嘴的板形底板与直线型狭缝喷嘴共同组成电纺喷头。为了使直线型狭缝喷嘴处电荷密度更高而利于电纺，此时直线型狭缝喷嘴最好凸出板形底板(如可以以附图9和附图10所示的形式凸出板形底板)，并且直线型狭缝喷嘴四周倒角最好是锐角。

对于本发明新型静电电纺方法，为了控制静电电纺过程和效果，可以在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间设置辅助电极。

实施例：采用如附图10所示的直线型狭缝喷嘴，其直线型狭缝长度为15毫米、宽度为0.5毫米，采用含邻苯二甲酸二辛酯的聚苯乙烯甲苯溶液(聚苯乙烯∶邻苯二甲酸二辛酯之质量比为19∶1)为电纺液，纺丝电压为4万伏，直线型狭缝喷嘴与金属接收板之间距离为15厘米，通过电纺纺制得到平均直径约3～5微米的增塑聚苯乙烯纤维。

此外，我们采用直线型狭缝长度为20毫米、宽度为0.8毫米的直线型狭缝喷嘴，采用多种聚合物溶液进行电纺均可得到相应聚合物的连续均质的微米级薄膜。

Claims

1.一种新型的静电电纺方法，包含高压电源、供液装置、电纺喷头和接收装置，供液装置向电纺喷头供给电纺液体，其特征在于：电纺喷头的喷嘴为直线型狭缝喷嘴，直线型狭缝喷嘴的狭缝宽度≥0.1毫米、长度≥4毫米且长宽比≥10，直线型狭缝喷嘴与高压电源的高压电极连通，高压电源的接地电极与接收装置连接，在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间形成高压电场，电纺液体通过直线型狭缝喷嘴进行静电电纺。

2.根据权利要求1所述新型静电电纺方法，其特征在于：1个电纺喷头上有1个或1个以上的直线型狭缝喷嘴。

3.根据权利要求2所述新型静电电纺方法，其特征在于：1个电纺喷头上有2个或2个以上的直线型狭缝喷嘴，所有直线型狭缝喷嘴呈平行排列的方式布置。

4.根据权利要求2所述新型静电电纺方法，其特征在于：1个电纺喷头上有3个或3个以上的直线型狭缝喷嘴，所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状方式布置。

5.根据权利要求4所述新型静电电纺方法，其特征在于：1个电纺喷头上有3个或3个以上的直线型狭缝喷嘴，所有直线型狭缝喷嘴呈辐射状方式布置并在辐射中心汇合连通。

6.根据权利要求1～5任一项所述新型静电电纺方法，其特征在于：直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝宽度为0.2～2毫米。

7.根据权利要求1～6任一项所述新型静电电纺方法，其特征在于：直线型狭缝喷嘴的直线型狭缝长度≥10毫米。

8.根据权利要求1～7任一项所述新型静电电纺方法，其特征在于：直线型狭缝喷嘴四周薄壁厚度≤0.3毫米。

9.根据权利要求1～8任一项所述新型静电电纺方法，其特征在于：直线型狭缝喷嘴四周倒角为锐角。

10.根据权利要求1～9任一项所述新型静电电纺方法，其特征在于：在直线型狭缝喷嘴与接收装置之间设置有辅助电极。