[发明专利]一种静电纺丝制备高吸水3D纳米纤维气凝胶的方法及其所得材料

说明书

本发明公开了一种静电纺丝制备高吸水3D纳米纤维气凝胶的方法及其所得材料，所述方法包括以下步骤：(1)以两亲性嵌段共聚物mPEG‑PCL为原料，溶于混合溶剂中，通过静电纺丝法制备纳米纤维，收集纳米纤维膜；(2)将所述纳米纤维膜分散在水中；(3)将分散好的纳米纤维液进行冷冻干燥；(4)将冻干样品加热交联处理，即制备得到所述高吸水3D纳米纤维气凝胶。与现有技术相比，本发明方法处理过程合理清晰、简单易行，对设备无特殊要求，制备得到的3D纳米纤维气凝胶结构内部富含大量孔隙，骨架上布满亲水性基团，从而具有极强的吸水性，无毒且生物相容性优异，在各领域均有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝制备高吸水3D纳米纤维气凝胶的方法及其所得材料，属于纳米纤维气凝胶制备技术领域。

背景技术

高吸水材料是能够吸收远高于自身重量水分的新型功能高分子材料，一般具有交联的三维网络结构，分子链上分布着大量的亲水基团。由于高吸水能力、高吸水速度、高保水能力、无毒且生物相容性良好等特点，高吸水材料被广泛应用于生物、医学、化妆品和农业等领域中。

静电纺丝技术是近年来发展较快的制备纳米纤维的一种重要方法，该方法通过使带有电荷的高分子熔体或者溶液在高压静电场中喷射、拉伸、固化或者溶剂挥发，最终形成纳米纤维。静电纺丝制备的纳米纤维具有高的比表面积、可调控的孔径和延展性，从而能将其制成各种尺度和形状；另外静电纺丝纤维的组成成分具有可控性，可根据需要获得不同的特性和功能。静电纺丝的设备一般由纺丝溶液的定量输送装置、高压静电发生器、纺丝组件、纤维接收器等组成。其原理为：聚合物溶液或熔体在高压静电的作用下，在喷丝头流出形成Taylor锥，当电场强度达到一个临界值时，电场力克服液体的表面张力，在喷丝口处形成一股带电的喷射流。聚合物喷射流从Taylor锥处向接收装置飞跃的过程中被拉长、细化，同时溶剂蒸发或固化，落在接收装置上，形成类似非织造布状的纳米纤维毡。

气凝胶通常经由溶胶凝胶过程和超临界干燥制备得到，是世界上最轻的固体物质，具有极低的表观密度(0.003-0.3g/cm3)、高孔隙率(80-99.8％)、大比表面积(100-1600m2/g)和低热导率(10-40mW/m·K)等特点，被期许为“改变世界的神奇材料”，在很多领域具有广泛的应用前景，如隔热材料、隔音材料、光学器件、超级电容器等。此外，气凝胶在航空航天、吸附剂、催化剂和生命科学等领域也有应用。通常，气凝胶的制备过程为：前驱体溶液经过溶胶－凝胶转变得到凝胶；继而陈化，使游离的前驱体继续反应，湿凝胶网络得以充分形成；通过特定的干燥方法，用空气替代凝胶网络内的溶剂，并保持凝胶骨架的完整性，得到气凝胶。按骨架的化学组成分类，气凝胶可分类为无机气凝胶、有机气凝胶和有机无机杂化气凝胶。凝胶网络的物质构成对气凝胶的各种性质有着决定性的影响。

由于气凝胶具有多孔、低密度、高比表面积等特点，是发展新型高吸水材料的理想载体。但气凝胶本身的亲疏水性并不恒定，这是由构成气凝胶的骨架材料以及孔隙率等特征所共同决定。如某些碳气凝胶和改性二氧化硅气凝胶，由于骨架材料本身疏水性较强，所以制备出的气凝胶极其疏水；而过于亲水的骨架材料，又将导致气凝胶结构沾水后易被破坏瓦解，如骨架上遍布羟基等亲水基团的二氧化硅气凝胶。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明的目的在于提出一种静电纺丝制备高吸水3D纳米纤维气凝胶的方法及其所得材料。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种静电纺丝制备高吸水3D纳米纤维气凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)以两亲性嵌段共聚物(单甲氧基聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物mPEG-PCL，为原料，溶于混合溶剂中，通过静电纺丝法制备纳米纤维，收集纳米纤维膜；

(2)将所述纳米纤维膜分散在水中；

(3)将分散好的纳米纤维液进行冷冻干燥；