聚乳酸聚己内酯共混物的电纺纤维.pdf

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1、捅要生物可降解聚合物的静电纺丝是近年来纳米材料领域中的研究热点，而热塑性脂肪聚酯如聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)等又是用于静电纺丝的生物可降解聚合物中最重要的品种。虽然同为脂肪族聚酯，PLA和PCL两者在性能上却大为不同：玻璃态的PLA有着良好的拉伸强度和较快的降解速率，可质脆且热变形温度不高；而橡胶态的PCL虽有着良好的韧性和较高的热变形温度，但降解速率较慢且强度不够。不过这种性能上的差异恰恰为利用共混实现性能互补、调控降解速率、乃至获得性能优异的新材料提供了极大的可能性。虽然迄今为止针

2、对PLA／PCL共混物电纺纤维的研究已有报道，但研究的重点主要集中于电纺基本工艺的探索以及材料在生物组织工程领域的应用等方面，围绕PLA／PCL共混物电纺纤维内部的多层次结构，比如纤维取向、两相形态，甚至分子链的微结构与电纺工艺的关系等相关研究却鲜见报道。因此，本文运用静电纺丝制备了PLA／PCL生物可降解共混物纤维／纤维膜制品以用于共混物纤维的多层次结构．工艺．性能之间关系的研究。首先围绕影响静电纺丝的基本工艺因素，深入探讨了纺丝液性质及电纺参数对单一PLA电纺纤维形貌的影响，建立了PLA电纺

3、纤维形态与工艺间的联系；在此基础上重点研究了PLA／PCL共混物电纺纤维的制备过程与纤维的微结构，并利用不同类型的接收装置实现了共混物纤维的有序化，讨论了工艺条件对纤维宏观有序性及微观分子链取向的影响；随后作为应用拓展利用PLA／PCL共混物电纺纤维膜通过层叠法来增强PCL材料，详尽分析了纤维种类及填充量对复合材料宏观性能的影响。所得主要研究结果如下：(1)PLA纺丝液浓度较低时(<6叭％)进行静电纺丝，所得纤维具有珠串结构，而浓度过高(>12叭％)则难以连续纺丝；相较于氯仿作为单一溶剂的情况，

4、辅助溶剂的加入利于纤维形貌的改善，且使用不同的辅助溶剂会得到表面形貌各异的纤维；此外，复配溶剂的配比也会影响纤维的形态，二甲基甲酰胺的加入能够明显改善纤维形貌并有助于纤维的细化，但用量太大反而难以形成连续的纤维；在其它条件不变时，PLA电纺纤维的直径随纺丝电压的增大而减小，但在高电压下纤维的均一性有所下降；而流速的增大会使纤维直径呈现增大的趋势。由此得出PLA电纺的最佳工艺条件为：溶剂为三氯甲烷／二甲基甲酰胺(w／w，80／20)，溶液浓度为10wt％，电压为12kV，流速为O．2ml／h，在此

5、条件下制备的PLA纤维形态均一，无珠串无液滴，纤维平均直径为597nrn，直径分布较窄；(2)对于PLA／PCL共混物的静电纺丝来说，两组分共混比是影响纤维形态的重要因素：随着PLA组分含量的增加，纤维形貌改善，直径也随之增加；不过在共混物纤维中PLA和PCL是两相分离的，且PCL分散相呈现出沿纤维轴向拉伸的取向结构；在磷酸盐缓冲溶液(PBS)环境中，共混物纤维膜的降解首先发生在无定形区，之后晶区才发生降解，并且在相同的环境下PCL的降解要慢于PLA；此外，共混物纤维膜在强碱性和强酸性环境中的降

6、解速率差异巨大，相对而言共混物纤维膜有着较好的耐酸性；(3)对于共混物纤维增强PCL复合材料来说，与纯PLA纤维相比，PLA90／PCLlO共混物纤维与PCL基体间的亲和性提升，两相界面粘结更为紧密，有利于全面提升复合材料的力学性能；随着PLA90／PCLl0纤维量的增加，复合材料的杨氏模量和拉伸强度均呈现显著的上升趋势，在实验涉及的纤维用量范围内，材料的模量与强度相比于纯PCL分别提高了91．7％和27．3％，增强效果远高于纯PLA纤维；不过归因子共混物纤维中的两相分离及PCL自身的低强度，因

7、此提高共混物纤维中PCL组分的含量并不有利于增强效果的提升，从增强的角度出发，共混物纤维中PLA与PCL的组分比以90／10为宜；(4)分离铜条法、框架收集法和高速旋转的圆鼓接收装置加辅助电场法均能制备出PLA／PCL有序纤维薄膜，调节各自的工艺参数都能适当提高所得纤维的有序性，但这三种装置存在的缺陷和局限性也制约了有序程度较高的纤维的制备；将高速旋转圆盘作为电纺纤维收集器时，可制备出有序度较高的PLA／PCL纤维束，随着圆盘转速的增加，纤维直径不断减小，纤维有序程度相应提升；除了宏观上纤维呈现

8、有序排列的结构外，偏振红外光谱显示微观上纤维中聚合物分子链也沿纤维轴向取向。关键词：聚乳酸；聚己内酯：共混；静电纺丝；多层次结构AbstractElectrospinningforbiodegradablepolymershavegeneratedgreatinterestinthenanomaterialresearchfieldrecently．Astypicaloneofsuchkindofmaterials，thethermoplasticaliphaticpolyesterhasbee