最新消息
最新消息| Adv.Mater.:靜電紡絲技術制備防護膜的最新進展 | 2022-03-01 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"http://news.sohu.com/a/524612514_120708660" 原標題：Adv.Mater.：靜電紡絲技術制備防護膜的最新進展靜電紡絲是一種重要的微納米纖維加工技術，在過去的二十年中得到了迅速的發展。靜電紡絲制備的材料應用也比較廣泛，包括先進傳感、智能制造和高效催化等。從新型材料設計、新型結構構建以及不同環境下的各種保護要求等方面回顧了通過靜電紡絲制備的多功能保護膜。為了獲得優異的綜合性能，如高水蒸氣透過率、高靜水壓力、最佳的機械性能和透氣性，幾十年來，人們一直在研究包含不可降解可降解材料的新型材料和受自然啟發的功能結構的組合。目前的研究主要集中在具有抗紫外線、抗菌、電磁屏蔽等多功能的傳統保護膜。然而，一些重要的方面，如電紡單絲的性能，開發高固含量的“綠色電紡溶液”，增強親水層和疏水層之間的粘附性方法的研究還比較少。在此綜述的基礎上，香港城市大學胡金蓮教授華中科技大學瞿金平院士討論了靜電紡絲防護膜的發展，探討了目前存在的研究空白，并提出了技術發展的解決方案。本次綜述將有助于促進防護膜的多元化發展，對制造用于智能防護的先進材料具有重要的指導意義。相關研究成果以“RecentProgressinProtectiveMembranesFabricatedViaElectrospinning:AdvancedMaterials,BiomimeticStructures,andFunctionalApplications”為題，發表在AdvancedMaterials上。圖1靜電紡絲具有多種纖維結構和廣泛的應用。靜電紡絲的產業化及產品靜電紡絲技術制備的納米纖維具有高比表面積、高孔隙率、易于尺寸控制和易于功能化等優點。根據BCC研究、全球市場和納米纖維技術，預計全球納米纖維產品市場將從2018年的9.27億美元增長到2023年的43億美元，復合年增長率為36.2%。靜電紡絲技術主要包括溶液法和熔融法，目前溶液法生產的納米纖維占大多數。溶液靜電紡絲具有成本低、操作可行的特點；因此，它是用于實驗室研究和工業生產納米纖維的主要方法。圖2實驗室和工業用靜電紡絲設備的發展。A)實驗室規模的典型溶劑型靜電紡絲設備。B)重新配置用于構建不同納米纖維結構的靜電紡絲設備的針頭。C)模型和D)用于制造絲納米纖維的中試規模靜電紡絲設備的照片。E)中試規模的無針靜電紡絲的靜電紡絲加工（NanospiderTMTechnology；ElmarcoLtd.）。F)熔體靜電紡絲到靜態收集器上的示意圖。G)使用兩種類型的噴嘴（HV：高壓；DBNR：噴嘴和接收器之間的距離）應用的熔體差動靜電紡絲的示意圖和照片；H)熔體分布在傘狀噴嘴外表面的噴嘴和熔體分布在傘狀噴嘴內表面的噴嘴。按材料對纖維膜進行分類材料是決定產品最終性能的關鍵因素。近年來，研究人員根據靜電紡絲材料的設計和使用情況，對用于制造保護膜的材料進行了分類。研究表明，在保護膜中使用以PVDF和氟化熱塑性聚氨酯（TPU）為代表的疏水材料具有重要意義。此外，考慮到其優異的加工性能，還研究了聚丙烯腈（PAN）基靜電紡絲保護膜。然而，PAN一般不單獨使用，需要額外的疏水后處理來構建保護膜。除了基本的力學性能和親水疏水性能外，研究人員更加關注纖維膜的基本保護性能，如透氣性、透濕性、單向傳輸能力和靜水壓力。基于對高性能防護膜的深入研究和系列產品的不斷開發，防護膜已廣泛應用于個人熱管理、高性能作戰服等各種防護領域。圖3基于PVDF的防護膜研究。A)PVDF單體，偏二氟乙烯；B)PVDF聚合物分子鏈；C）超疏水PVDF防護膜的制備過程示；D)和E)俯視圖和F)PVDF薄膜的橫截面；G)PVDF-TrFE過濾器用于增強顆粒物(PM)1.0的捕集；H）用于植物自供電可持續農業系統的透氣膜示意圖。目前，研究人員已對PVDF、PAN、PLA等100多種天然合成化合物進行了靜電紡絲研究；考慮到結構設計，通過靜電紡絲技術實現了核殼、并排、分層、奇妙的仿生結構；考慮到各種應用，如透氣防水、速干保護和特殊功能保護膜，已制造和應用。圖4基于TPU的防護膜的研究。A)-OCO-NH-基團；B)典型的PU聚合物分子蓮結構；C)乳液靜電紡絲制備防水透濕紡織品意圖；D)防水透濕性能演示圖；E)疏液性演示；F)PUC6FPU-2MgCl2-3纖維膜的大尺寸樣品圖片。圖5基于PAN的防護薄膜的研究。A)PAN的單體丙烯腈；B)PAN的聚合物分子鏈結構圖；C)雙層PU水解多孔聚丙烯腈(HPPAN)膜的制造示意圖和薄膜快干特性光學圖像；D)雙面PUHPPAN納米纖維復合膜單向水傳輸演示。膜材料改性與結構設計圖6功能性防護薄膜的仿生設計。A）荷葉的宏觀和微觀圖像，以及通過靜電紡絲制備的具有超疏水結構的仿生荷葉薄膜；B)空心結構的熊毛和通過同軸靜電紡絲技術制備具有保溫性能的空心結構納米纖維；C)鴨嘴結構和用于單向水傳輸的錐形結構的電紡薄膜；D)基于植物蒸騰作用構建的超快水傳輸和蒸發的仿生薄膜。基于仿生結構設計，研究人員對荷葉、北極熊中空毛發、植物結構等進行了研究，解決了超疏水性、高效保溫、反重力輸水的施工原理等諸多問題；基于保護膜的功能設計，結合先進的納米技術，采用超疏水二氧化硅、二氧化鈦、碳納米管等材料，實現了熱管理、抗菌、抗紫外線、抗電磁波等一系列功能。纖維膜的多功能應用圖7應用廣泛的防水透氣膜。A)防水透氣膜示意圖。B)防水透濕膜在夾克衫和醫用防護服中的應用。C)防水透濕膜在建筑幕墻中的應用。D)圖案化液態金屬親液Ag-SBS(LA-LAg-SBS)作為可拉伸電路和傳感器的光學圖像。總結隨著新型材料和功能結構的發展，保護膜的應用越來越受到人們的重視。然而，靜電紡絲技術仍然存在一些尚未得到足夠重視的局限性。材料和靜電紡絲技術的發展，即靜電紡絲產業化過程中的綠色材料設計、環保加工、高效生產是未來的發展趨勢。缺乏基于高濃度和綠色溶劑靜電紡絲溶液的研究；基于電紡纖維的層狀結構問題，需要更多研究通過物理、化學或相應的后處理技術提高親水層和疏水層有效結合的方法；基于靜電紡絲納米纖維的特性，目前還沒有關于紡絲單絲的物理和化學性質的報道。未來，高性能、多功能靜電紡絲保護膜的開發，可為電子皮膚、智能穿戴、高端生物醫藥、未來集成制造等領域做出重大貢獻。論文鏈接：https:doi.org10.1002adma.202107938返回搜狐，查看更多責任編輯： 關鍵字標籤：PET monofilament yarn |
|
 |
|
