一種規(guī)?；療o溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種規(guī)模化無溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)作為一種簡單有效制備微/納米纖維的方法。不僅可以制備均勻連續(xù)一維纖維，而且制備各種形貌和結(jié)構(gòu)特征的微/納米纖維，但是隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和大規(guī)模生產(chǎn)越來越重視。傳統(tǒng)靜電紡絲在制備微/納米纖維的前驅(qū)體溶液中一般需要使用大量有機(jī)溶劑，而且在靜電紡絲時(shí)，會(huì)有超過80%的有機(jī)溶劑揮發(fā)且難以回收，從而造成污染，使溶液靜電紡絲制備微/納米纖維的工業(yè)化受到限制。
[0003]為了解決溶劑揮發(fā)問題，無溶劑電紡成為目前的研究熱點(diǎn)之一。無溶劑靜電紡絲的關(guān)鍵是紡絲前驅(qū)體溶液能夠作為紡絲纖維的主體參與成纖，且在電紡的同時(shí)需要快速的固化。國內(nèi)外學(xué)者在無溶劑靜電紡絲方面做了一些探索，目前，已報(bào)道的有利用α-氰基丙烯酸酯(醫(yī)用膠、502膠的主要成分)的快速濕氣固化，電紡成微納米纖維(PolymerChemistry 4:5696(2013));中國專利(專利公開號(hào):CN104532367A)公開了一種無溶劑靜電紡絲制備聚氨酯微納米纖維的方法，主要通過加熱收集極，以熱固化的方法實(shí)現(xiàn)無溶劑靜電紡絲；中國專利(專利公開號(hào):CN104213207A)公開了一種可移動(dòng)式風(fēng)槍加熱恪體靜電紡絲裝置，該裝置便于組裝，易于操作，可對(duì)熔點(diǎn)較低的聚合物實(shí)現(xiàn)移動(dòng)靜電紡絲制備其微納米纖維。
[0004]光固化材料(UV固化材料)是一類特殊的高分子材料，其液態(tài)的預(yù)聚物加入光引發(fā)劑，經(jīng)過吸收高強(qiáng)度紫外光(UV)后，產(chǎn)生活性自由基或陽離子，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，可在一定時(shí)間內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。理論上可作為無溶劑電紡的前驅(qū)體，但是，關(guān)于紫外光無溶劑靜電紡絲技術(shù)的報(bào)道甚為罕見，中國專利(專利公開號(hào):CN101021017A)公開了無溶劑電紡絲法制備微納米纖維的方法，主要在紫外光輻照和引發(fā)劑的引發(fā)作用下，使含活性雙鍵官能團(tuán)的前驅(qū)液固化成微納米纖維，但其需要與活性稀釋劑按照一定的比例混合使用，前驅(qū)液制備比較麻煩，并且制備的纖維普遍較短且不規(guī)則、固化不完全，長度最大值為I厘米。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種規(guī)?；療o溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法，該方法操作簡單，有效避免了有機(jī)溶劑揮發(fā)造成的環(huán)境污染，安全環(huán)保，尤其適用于光固化材料微納米纖維的大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)，克服了目前電紡光固化材料微納米纖維前驅(qū)液配置工序復(fù)雜、所得纖維普遍較短且不規(guī)則、固化不完全、無法大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)難題，可大量制得固化完全、形態(tài)規(guī)則且連續(xù)性好的光固化材料微納米纖維，適宜規(guī)?；a(chǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種規(guī)模化無溶劑電紡制備光固化材料微納米纖維的方法，包括以下步驟:
[0008](I)配置紡絲前驅(qū)液:將光固化材料的液體預(yù)聚物與光引發(fā)劑在避光環(huán)境下混合均勻，再在自然光環(huán)境下靜置使其預(yù)聚，得紡絲前驅(qū)液；
[0009](2)電紡微納米纖維:將步驟(I)配得的紡絲前驅(qū)體溶液置于靜電紡絲裝置連通紡絲噴頭的儲(chǔ)液機(jī)構(gòu)中，并將所述靜電紡絲裝置的紡絲噴頭和收集極置于少氧環(huán)境下進(jìn)行電紡，電紡過程中用紫外光源對(duì)紡絲噴頭噴出的射流進(jìn)行照射，即可在靜電紡絲裝置的收集極上收集到光固化材料微納米纖維。
[0010]發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，靜電紡絲法制備UV固化材料微納米纖維固化不完全、纖維普遍較短且不規(guī)則的原因在于:靜電紡絲作為一種制備微納米纖維的方法，將其用于制備光固化材料微納米纖維，其制得的微納米纖維的比表面積大特點(diǎn)，這種纖維形態(tài)增大了預(yù)聚物與氧氣的接觸面積，使其與空氣中的氧氣接觸更加充分，放大了 UV固化材料在固化過程中的氧阻聚現(xiàn)象的作用，阻礙了預(yù)聚物的聚合固化，從而導(dǎo)致所制得的光固化材料微納米纖維固化不完全、纖維普遍較短且不規(guī)則，影響了纖維的規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用前景。
[0011]為了解決這一問題，本發(fā)明的制備方法，選擇在氧氣濃度低的少氧環(huán)境下進(jìn)行電紡過程制備光固化材料微納米纖維，在紡絲過程中，預(yù)聚物溶液在高電壓作用下，從噴絲嘴噴出形成射流，射流中的光引發(fā)劑吸收紫外光的能量而產(chǎn)生活性自由基，活性自由基引發(fā)預(yù)聚物發(fā)生聚合反應(yīng)，射流下落的過程中伴有纖維的劈裂，最終在收集極上形成聚合物微納米纖維，從而實(shí)現(xiàn)無溶劑靜電紡絲。少氧的紡絲環(huán)境，有效避免了在靜電紡絲的氧阻聚現(xiàn)象，從而大量制得固化完全、形態(tài)規(guī)則且連續(xù)的光固化材料微納米纖維，且在紡絲過程中使用的前驅(qū)液由光引發(fā)劑和光固化材料的預(yù)聚物組成，不含其他有機(jī)溶劑，有效避免了有機(jī)溶劑揮發(fā)造成的環(huán)境污染，安全環(huán)保，該方法適用于光固化材料微納米纖維的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟(I)的光固化材料為聚氨酯丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸樹脂中的一種或多種。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟(I)的光固化材料為聚氨酯丙烯酸酯，所述光引發(fā)劑與聚氨酯丙烯酸酯的質(zhì)量比為1:10?1:30。
[0014]在眾多光固化材料中，聚氨酯丙烯酸酯(PUA)為一類較為理想的紫外光固化樹月旨，常用于涂料和膠粘劑領(lǐng)域，其固化后的膜或纖維具有聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韌性、高剝離強(qiáng)度和優(yōu)良的耐低溫性能以及聚丙烯酸酯卓越的光學(xué)性能和耐候性，是一種綜合性能優(yōu)良的輻射固化材料。作為涂料和膠黏劑使用的各種丙烯酸酯樹脂，易于進(jìn)行本體聚合，氧阻聚現(xiàn)象較易克服。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟⑴的靜置預(yù)聚時(shí)間為I?2天。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟(2)的少氧環(huán)境為氧氣濃度低于5%的紡絲環(huán)境。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟(2)的電紡過程的紡絲電壓為10?30千伏，紡絲距離為5?50厘米，紫外光源的功率為300?500瓦，紫外光源與收集極間的間距為10?20厘米。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的靜電紡絲裝置包括高壓電源、儲(chǔ)液機(jī)構(gòu)、紡絲噴頭、隔氧機(jī)構(gòu)、紫外光源和收集極，所述高壓電源正極連接紡絲噴頭，紡絲噴頭連通貯存紡絲前驅(qū)液的儲(chǔ)液機(jī)構(gòu)，所述收集極連接高壓電源負(fù)極或直接接地，所述隔氧機(jī)構(gòu)包括內(nèi)部無氧或少氧的密封箱，所述紡絲噴頭和收集極位于密封箱內(nèi)，紫外光源位于密封箱內(nèi)或其發(fā)射的紫外光線可射入密封箱內(nèi)，紫外光源可照射紡絲噴頭和收集極間空間。
[0019]該裝置設(shè)置了隔氧機(jī)構(gòu)，該裝置使用時(shí)需先開啟隔氧機(jī)構(gòu)，將密封箱中的氧氣全部排出或盡量的減少密封箱中氧氣的濃度，以營造少氧的紡絲環(huán)境，然后再將無溶劑的紡絲前驅(qū)液注入儲(chǔ)液機(jī)構(gòu)，開啟紫外光源和高壓電源，在少氧氧氣環(huán)境下進(jìn)行靜電紡絲，可有效克服氧阻聚現(xiàn)象對(duì)光固化材料微納米纖維形成過程的影響。
[0020]進(jìn)一步的，所述隔氧機(jī)構(gòu)的密封箱為真空干燥器，所述真空干燥器連接真空栗。
[0021]真空栗可以將密封箱中的空氣排除，從而為在密封箱中進(jìn)行的靜電紡絲過程提供無氧或少氧的環(huán)境，避免氧阻聚現(xiàn)象對(duì)光固化材料微納米纖維形成的