与天然和生物有关的高聚物静电纺丝

2·2　PBLG-ESNW力学特性

将厚度为10~40μm的PBLG静电纺非织造布(ESNW)剪成宽度2·0 mm、长度15 mm的短条状,夹距10 mm,进行拉伸试验。图3为用MC/TFA=100/0、80/20和0/100的PBLG溶液ES纺丝的非织造布应力和伸长曲线。MC/TFA=100/0时,最大应力为17·0 MPa,最大伸长6·9%,杨氏模量980 MPa(图3,曲线1)。MC/TFA=80/20时,杨氏模量330 MPa,最大应力降到9·2 MPa,最大伸长增加到13%(图3,曲线2)。MC/TFA=100/0时,杨氏模量越发降低,为126 MPa,最大应力6·9MPa,最大伸长27%。结果表明,PBLG分子链结构为α-螺旋形结构时,纤维较为硬挺,而呈无规卷曲结构时,得到柔软纤维。

图4(略)为ESNW断裂面纤维状态的SEM图像。观察到由α-螺旋形结构状态进行ES纺丝的PBLG纤维在向应力方向取向前呈现急剧断裂状态。与此相反,在无规卷曲条件下得到的纤维在向应力方向伸长后断裂。这种力学特性上的差异是由纺丝后结晶领域的多少取决于纺丝前PELG链结构引起的。

2·3　PBLG聚合度和纤维直径

由于ES纺丝试验上排除了对α-螺旋结构间起作用的分子间相互作用,所以用TFA作为溶剂而使PBLG分子链结构变成无规结构,进行了各种平均聚合度PBLG的ES实验。在本试验体系中,统计链状态的PBLG分子间相互作用可以只考虑物理缠绕。从DP=410,720,1 200和2 300 PBLG中得到的ESNW SEM图像示于图5a。使用DP更高的PBLG时,所得纤维比低DP的PBLG细。在平均直径及其分布上,DP=410的平均直径为(1·2±0·20)μm;DP=720的为(0·92±0·16)μm;DP=1 200的为(0·68±0·10)μm;DP=2 300的为(0·6±0·08)μm。PBLG的TFA溶液通过ES纺丝形成纤维形态的粘性系数在(150~120)×10-3Pa·s之间,高DP的PBLG在相当低的浓度下可提供能够纺出均质纤维的粘性系数。McKee等根据溶液中处于无规卷曲(统计链)状态下形成的几种高分子ES纤维的有关结果,提出作为产生均质纤维的条件,是产生分子链缠绕浓度(Ce)的2~2·5倍。虽然PBLG-TFA溶液的Ce尚未探讨,但基于以上所述,可以解释,PBLG-TFA体系中的纤维直径变化。即由于高分子量PBLG的Ce相当低,所以即使在低浓度下也能够形成稳定ES喷射,从而形成均质纤维。同时,因为每根纤维中所含PBLG链数比低分子量PBLG的少,从而认为形成了相当细的纤维。

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