静电纺丝法制备聚左旋乳酸纤维及其多领域应用探究.docxVIP

静电纺丝法制备聚左旋乳酸纤维及其多领域应用探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在材料科学不断发展的进程中，纳米纤维材料凭借其独特的性能优势，成为众多领域研究的焦点。静电纺丝技术作为制备纳米纤维的重要方法，近年来取得了显著的进展。该技术起源于19世纪末，1887年科学家首次观察到强电场作用下液体表面形成特殊锥形喷射流，这便是静电纺丝的雏形。不过在早期，它只是实验室里被研究的奇特现象，处于理论探索阶段。直到20世纪30年代，Formalas发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请专利，首次详细描述利用高压静电制备纤维装置，被公认为静电纺丝技术制备纤维的开端。但从科学基础看，这一发明可视为静电雾化或电喷的特例，其概念可追溯到1745年，静电雾化采用低粘度牛顿流体，而静电纺丝采用较高粘度非牛顿流体，静电雾化技术的研究为静电纺丝体系提供了一定理论依据和基础。20世纪30年代到80年代期间，静电纺丝技术发展较为缓慢，科研人员大多集中在静电纺丝装置的研究上，发布了一系列专利，但尚未引起广泛关注。进入90年代，美国阿克隆大学Reneker研究小组对静电纺丝工艺和应用展开深入和广泛研究，特别是近年来，随着纳米技术的发展，静电纺丝技术获得快速发展，世界各国科研界和工业界都对此技术表现出极大兴趣。

静电纺丝技术发展大致经历四个阶段：第一阶段主要研究不同聚合物的可纺性和纺丝过程中工艺参数对纤维直径及性能的影响以及工艺参数的优化等；第二阶段主要研究静电纺纳米纤维成分的多样化及结构的精细调控；第三个阶段主要研究静电纺纤维在能源、环境、生物医学、光电等领域的应用；第四阶段主要研究静电纺纤维的批量化制造问题。这四个阶段相互交融，无明显界线。如今，静电纺丝技术凭借制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。通过该技术，已成功制备出种类丰富的纳米纤维，涵盖有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。

聚左旋乳酸（PLLA）纤维作为一种性能优异的生物可降解高分子材料，在生物医学、环保等领域展现出巨大的应用潜力。PLLA纤维由左旋乳酸单元通过缩聚反应形成高分子聚合物，具有优异的力学性能，如高强度、高模量和良好的韧性，接近甚至超过某些传统合成纤维。同时，它还具备良好的生物相容性和生物降解性，符合环保和可持续发展的要求。在生物医学领域，可用于制造手术缝合线、骨钉等，其生物可降解性使得在伤口愈合后无需拆线，减少患者痛苦；在环保包装领域，可用作替代传统塑料的环保包装材料，有效减少白色污染。随着技术的不断进步，PLLA纤维在纺织品、汽车内饰、航空航天等领域的应用也在不断拓展。

然而，目前利用静电纺丝技术制备PLLA纤维仍面临一些挑战。在制备有机纳米纤维方面，用于静电纺丝的天然高分子品种有限，对PLLA纤维产品结构和性能的研究不够完善，最终产品的应用大都处于实验阶段，产业化生产存在较大问题。静电纺有机/无机复合纳米纤维的性能不仅与纳米粒子的结构有关，还与纳米粒子的聚集方式和协同性能、聚合物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等有关，如何制备出适合需要的、高性能、多功能的复合PLLA纳米纤维是研究的关键。静电纺无机纳米纤维的研究基本处于起始阶段，无机纳米纤维在高温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等多个领域具有潜在用途，但较大的脆性限制了其应用性能和范围，因此开发具有柔韧性、连续性的无机PLLA纤维也是一个重要课题。

本研究聚焦于静电纺丝法制备聚左旋乳酸纤维及其应用，具有重要的理论和实际意义。在理论方面，深入探究静电纺丝过程中各参数对PLLA纤维结构和性能的影响机制，有助于完善静电纺丝理论体系，为纳米纤维材料的制备提供更坚实的理论基础。通过研究PLLA纤维在不同应用场景下的作用机制，如在生物医学领域与细胞的相互作用机制，能够拓展对生物可降解高分子材料性能的认识，为开发新型生物材料提供思路。在实际应用方面，成功制备性能优良的PLLA纤维，将推动其在生物医学领域的广泛应用，如开发更高效的药物载体、组织工程支架等，有助于提高医疗水平，改善患者治疗效果。在环保领域，PLLA纤维作为可降解材料的应用，有助于缓解白色污染问题，推动可持续发展。在纺织、汽车内饰等领域的应用，能够满足人们对环保、高性能材料的需求，提升产品品质和市场竞争力。

1.2聚左旋乳酸纤维概述

聚左旋乳酸（PLLA）纤维是一种由左旋乳酸（L-LacticAcid）单体通过缩聚反应形成的高分子聚合物，其化学结构中，重复单元包含一个手性碳原子，使得聚合物具有左旋光学活性。这种独特的化学结构赋予了PLLA纤维一系列优异的特性，使其在众多领域展现出重要的