聚乳酸-聚己內(nèi)酯共混物的電紡纖維.pdf

1、生物可降解聚合物的靜電紡絲是近年來(lái)納米材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，而熱塑性脂肪聚酯如聚乳酸(PLA)和聚己內(nèi)酯(PCL)等又是用于靜電紡絲的生物可降解聚合物中最重要的品種。雖然同為脂肪族聚酯，PLA和PCL兩者在性能上卻大為不同:玻璃態(tài)的PLA有著良好的拉伸強(qiáng)度和較快的降解速率，可質(zhì)脆且熱變形溫度不高;而橡膠態(tài)的PCL雖有著良好的韌性和較高的熱變形溫度，但降解速率較慢且強(qiáng)度不夠。不過(guò)這種性能上的差異恰恰為利用共混實(shí)現(xiàn)性能互補(bǔ)、調(diào)控降解速率、乃

2、至獲得性能優(yōu)異的新材料提供了極大的可能性。雖然迄今為止針對(duì)PLA/PCL共混物電紡纖維的研究已有報(bào)道，但研究的重點(diǎn)主要集中于電紡基本工藝的探索以及材料在生物組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用等方面，圍繞PLA/PCL共混物電紡纖維內(nèi)部的多層次結(jié)構(gòu)，比如纖維取向、兩相形態(tài)，甚至分子鏈的微結(jié)構(gòu)與電紡工藝的關(guān)系等相關(guān)研究卻鮮見報(bào)道。
　　 因此，本文運(yùn)用靜電紡絲制備了PLA/PCL生物可降解共混物纖維/纖維膜制品以用于共混物纖維的多層次結(jié)構(gòu)-工藝-性

3、能之間關(guān)系的研究。首先圍繞影響靜電紡絲的基本工藝因素，深入探討了紡絲液性質(zhì)及電紡參數(shù)對(duì)單一PLA電紡纖維形貌的影響，建立了PLA電紡纖維形態(tài)與工藝間的聯(lián)系;在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了PLA/PCL共混物電紡纖維的制備過(guò)程與纖維的微結(jié)構(gòu)，并利用不同類型的接收裝置實(shí)現(xiàn)了共混物纖維的有序化，討論了工藝條件對(duì)纖維宏觀有序性及微觀分子鏈取向的影響;隨后作為應(yīng)用拓展利用PLA/PCL共混物電紡纖維膜通過(guò)層疊法來(lái)增強(qiáng)PCL材料，詳盡分析了纖維種類及填充量對(duì)

4、復(fù)合材料宏觀性能的影響。所得主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)PLA紡絲液濃度較低時(shí)（＜6wt％）進(jìn)行靜電紡絲，所得纖維具有珠串結(jié)構(gòu)，而濃度過(guò)高（＞12wt％）則難以連續(xù)紡絲;相較于氯仿作為單一溶劑的情況，輔助溶劑的加入利于纖維形貌的改善，且使用不同的輔助溶劑會(huì)得到表面形貌各異的纖維;此外，復(fù)配溶劑的配比也會(huì)影響纖維的形態(tài)，二甲基甲酰胺的加入能夠明顯改善纖維形貌并有助于纖維的細(xì)化，但用量太大反而難以形成連續(xù)的纖維;在其它條件不變時(shí)

5、，PLA電紡纖維的直徑隨紡絲電壓的增大而減小，但在高電壓下纖維的均一性有所下降;而流速的增大會(huì)使纖維直徑呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。由此得出PLA電紡的最佳工藝條件為:溶劑為三氯甲烷/二甲基甲酰胺(w/w，80/20)，溶液濃度為10wt％，電壓為12kV，流速為0.2ml/h，在此條件下制備的PLA纖維形態(tài)均一，無(wú)珠串無(wú)液滴，纖維平均直徑為597nm，直徑分布較窄;
　　 (2)對(duì)于PLA/PCL共混物的靜電紡絲來(lái)說(shuō)，兩組分共混比是影響纖

6、維形態(tài)的重要因素:隨著PLA組分含量的增加，纖維形貌改善，直徑也隨之增加;不過(guò)在共混物纖維中PLA和PCL是兩相分離的，且PCL分散相呈現(xiàn)出沿纖維軸向拉伸的取向結(jié)構(gòu);在磷酸鹽緩沖溶液(PBS)環(huán)境中，共混物纖維膜的降解首先發(fā)生在無(wú)定形區(qū)，之后晶區(qū)才發(fā)生降解，并且在相同的環(huán)境下PCL的降解要慢于PLA;此外，共混物纖維膜在強(qiáng)堿性和強(qiáng)酸性環(huán)境中的降解速率差異巨大，相對(duì)而言共混物纖維膜有著較好的耐酸性;
　　 (3)對(duì)于共混物纖維增強(qiáng)

7、PCL復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，與純PLA纖維相比，PLA90/PCL10共混物纖維與PCL基體間的親和性提升，兩相界面粘結(jié)更為緊密，有利于全面提升復(fù)合材料的力學(xué)性能;隨著PLA90/PCL10纖維量的增加，復(fù)合材料的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度均呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(shì)，在實(shí)驗(yàn)涉及的纖維用量范圍內(nèi)，材料的模量與強(qiáng)度相比于純PCL分別提高了91.7％和27.3％，增強(qiáng)效果遠(yuǎn)高于純PLA纖維;不過(guò)歸因子共混物纖維中的兩相分離及PCL自身的低強(qiáng)度，因此提高共混物纖維中

8、PCL組分的含量并不有利于增強(qiáng)效果的提升，從增強(qiáng)的角度出發(fā)，共混物纖維中PLA與PCL的組分比以90/10為宜;
　　 (4)分離銅條法、框架收集法和高速旋轉(zhuǎn)的圓鼓接收裝置加輔助電場(chǎng)法均能制備出PLA/PCL有序纖維薄膜，調(diào)節(jié)各自的工藝參數(shù)都能適當(dāng)提高所得纖維的有序性，但這三種裝置存在的缺陷和局限性也制約了有序程度較高的纖維的制備;將高速旋轉(zhuǎn)圓盤作為電紡纖維收集器時(shí)，可制備出有序度較高的PLA/PCL纖維束，隨著圓盤轉(zhuǎn)速的增加，