[发明专利]由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的阶层式多孔薄膜及通过静电纺丝和结晶诱导相分离相结合从而获得其产物的制备方法。

背景技术

鉴于聚合物多孔材料在水油分离、锂离子电池隔膜以及药物释放等方面的普遍应用，其制备方法得到广泛关注。聚合物多孔膜的制备方法包括模板法和组装法。例如，在典型的模板法中，通常采用特殊方法将具有连续孔结构的模板中加入目标材料，之后通过选择性刻蚀的方式，去除模板，从而获得多孔结构。这种方法对多孔模板以及选择性刻蚀所用溶剂等具有很高的要求，所得孔尺寸单一且受模板尺寸限制。组装法基于特殊相互作用，可以嵌段共聚物的微相分离为例，描述如下:将含有嵌段共聚物的溶液或熔体加工成所需形状，并将之加热至微相分离温度以上，通过选择性去除其中一相的方式，制备另外一相的多孔材料。该方法对嵌段共聚物的相分离温度以及组成等具有很高要求，且所得孔结构大多具有单一尺寸。

基于模板法和组装法上述的缺点，因此，很有必要开发一种阶层式多孔结构。

聚乳酸是一种新型的生物可降解材料，使用可再生的材料如玉米作原料制成。使用后可以被自然界的微生物完全降解成二氧化碳和水，是公认的环境友好型材料。并且聚乳酸的热稳定性好，具有最良好的抗拉强度及延展度。因此，本发明从阶层式多孔聚乳酸的制备入手，提供了一种通过含结晶性聚合物混合溶液静电纺丝制备具有多级纳米和微米通孔的纤维薄膜材料，并有望在电子电气、分离去污及医用器材等多个行业应用。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种由纳米连续多孔结构的聚乳酸纤维构成的薄膜。

本发明的聚乳酸纤维薄膜为10～300微米厚度的薄膜，该薄膜具有阶层式多孔结构，即包括纤维交互形成的孔以及纤维内的贯通孔，材质为聚乳酸，纤维间形成的孔为100纳米～100微米；纤维内贯通孔的孔径为3～200纳米，纤维的直径为50纳米～5微米。

本发明的另一目的是提供上述具有多级通孔(由纤维间组成的微孔及纤维上的贯通孔)结构聚乳酸纤维薄膜的制备方法。

该方法具体步骤如下：

步骤(1).将聚乳酸和聚环氧乙烷按一定的质量比混合，置于两者的共溶剂中，搅拌6小时成透明均一，质量分数为6～20％的聚合物溶液；

聚乳酸和聚环氧乙烷的共溶剂为氯仿或二氯甲烷，其中溶液的质量分数为6～20％。

作为优选，在步骤(1)中，聚乳酸在聚合物(聚乳酸和聚环氧乙烷总质量)的质量含量为20～80％。

步骤(2).将步骤(1)制备得到的聚合物溶液，利用静电纺丝装置，制备成具有双相连续结构的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜。

静电纺丝条件：电压为8～80千伏，推进速度为0.01～1.5毫升/小时，金属箔片接收，接收距离是5～20厘米，纺丝环境温度为10～35℃。

作为优选，步骤(2)的电压为15千伏，推进速度为0.1～0.2毫升/小时；

步骤(3).将步骤(2)制备得到的聚乳酸/聚环氧乙烷纤维薄膜，在常温条件下放置15分钟后，直接浸泡在聚环氧乙烷刻蚀溶剂中24小时，刻蚀纤维中的聚环氧乙烷相；

聚环氧乙烷刻蚀溶剂为蒸馏水或次氯酸钠溶液。

作为优选，步骤(3)使用高于常温的聚环氧乙烷刻蚀溶剂进行刻蚀，可大大缩短刻蚀时间；

步骤(4).将步骤(3)制备得到的经过刻蚀后聚乳酸纤维薄膜，置于真空烘箱中干燥6小时，去除薄膜上富集的水分，形成具有纤维间微米级、纤维内部纳米级的多级通孔结构的聚乳酸纤维薄膜；

本发明制备得到的聚乳酸纤维薄膜在电子电气、分离去污及医用材料上的应用。

本发明的有益效果：

使用静电纺丝装置，通过改变条件得到不同直径的纤维，简单的调节纤维间空隙；聚环氧乙烷在电纺溶剂挥发的过程中结晶与聚乳酸的微区形成相互贯穿的双连续网络结构；

本发明聚乳酸薄膜具有较好的延展性，特别表现在聚乳酸/聚环氧乙烷薄膜经刻蚀形成的聚乳酸多孔纤维薄膜的断裂伸长率可达到120％以上；

本发明聚乳酸多孔纤维薄膜在保证较高的孔隙率下，具有较好的机械性能，其拉伸强度可达到5MPa；

本发明聚乳酸多孔纤维薄膜，通过对比刻蚀前后的质量，聚环氧乙烷的去除率均保持在87.1％以上，确认纤维内部的多孔为纳米级的连续通孔；