静电纺丝功能性纳米纤维的研究进展

闫晓静，刘 彤，陈 超

（1.苏州大学 纺织与服装工程学院 江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215021）

1 静电纺丝的开发现状及发展趋势

1.1 开发现状

静电纺丝装置主要由3个部分组成：高压静电装置、喷丝器、接收装置[1]，如图1所示。

图1 静电纺丝装置

近年来，国内许多单位对静电纺丝技术的各个方面已经展开了研究，例如，进场静电纺丝的概念是由厦门大学的孙道恒等[2]首次提出；北京化工大学杨卫民教授等[3]研发了熔体微分静电纺丝技术和多喷头并联技术，解决了高黏度聚合物熔体微分流细化的难题；Ding等[4]首次利用静电纺丝技术制备出柔性二氧化硅无机纳米纤维，其改性产品可应用于高温过滤材料。

1.2 发展趋势

目前唯一能直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法是静电纺丝，其特点是工艺简单、操作方便、制造速度快等。随着技术的不断改善和理论的不断完善，静电纺丝在生物医药、环保、食品等领域应用广泛。

1.2.1 生物医药

Ao等[5]用棉纤维素/纳米羟基磷灰石制成纤维支架用于骨组织工程修复，结果表明：随着纳米羟基磷灰石含量的增加，纤维的平均直径在天然细胞外基质纤维的范围内呈增长趋势。He等[6]以可生物降解材料（Polylactic Acid，PLA）和盐酸四环素（Tetracycline Hydrochloride，TCH）为原料，其中，PLA作为外层，TCH作为内层，利用同轴静电纺丝技术制得了可持续释放TCH的载药双层纤维，可应用于缝合线、伤口敷料等。

1.2.2 环保

姚春梅等[7]利用静电纺丝技术制备出一种复合空气过滤材料，测试结果表明，这种复合材料提高了对较小粒子的过滤效果，当纺丝时间达到2 h时，对0.3 μm以上的粒子可以达到99%以上的过滤效果，说明复合纳米纤维层提高了对小粒径粒子的过滤作用。Alireza等[8]以苯乙烯和丙烯腈的共聚物为原料，在不同条件下，利用静电纺丝技术制备了纳米纤维。该纳米纤维具有多孔结构，在没有经过后处理的情况下具有较强的吸油能力。

1.2.3 食品

Stoleru等[9]以壳聚糖和维生素E为原料，将利用静电纺丝制备的纳米纤维作为涂层固定在聚乙烯表面，维生素E能促使壳聚糖的黏度下降。利用这种方法制备的食品包装材料能抗菌、抗氧化以及抵抗环境中酸碱度的变化。王雪芳等[10]以二氧化钛和聚乳酸为原料，利用静电纺丝制备了纳米纤维，其能在一定程度上降低草莓的腐烂概率、延长草莓的贮藏期限。

2 静电纺丝功能性纳米纤维的开发现状及发展趋势

2.1 开发现状

利用静电纺丝设备制得的纤维细长且表面光洁，具有较大的比表面积。目前，静电纺丝纳米纤维作为纳米纤维的基础，已经成为研究热点。以纳米粒子为原料研制出的功能性纺织品种类越来越多，其在市场上占据越来越重要的地位[11]，主要功能包括以下4种。

2.1.1 抗菌功能

目前，纳米银、纳米TiO2、氧化锌（ZnO）等微米颗粒以及其他纳米材料可用于制备抗菌纳米纤维[12]。Anisha等[13]以PAN和硝酸银为原料，通过静电纺丝技术制备了具有抗菌功能的复合纤维膜。

2.1.2 防紫外线功能

张振等[14]利用静电纺丝技术制备出具有抗紫外性能的PVP/芦丁纳米纤维膜，测试结果表明：当芦丁的质量分数达到2.30%时，UPF值达到40，说明纳米纤维膜具有良好的抗紫外性能。余嗣辉等[15]制备了抗紫外PVA/芦丁纳米纤维膜，测试结果表明：相对于聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA），当改性剂芦丁的质量分数为4.76%时，PVA/芦丁纳米纤维的平均直径为302 nm，UPF值大于40，具有良好的抗紫外性能。

2.1.3 防电磁辐射功能

二氧化锡、NiO等粒子能有效吸收电磁辐射，如由西安华捷科技发展有限责任公司研制的既可防电磁辐射、又可防紫外线辐射的服装面料，可吸收、阻隔大量电磁波和等量的紫外线[16]。

2.1.4 阻燃功能

国外研制的胶体三氧化二锑粒径小、易分散、着色强度低，被较好地应用于阻燃纤维中[17]。国外用共混法制得的阻燃改性纤维有美国生产的阻燃黏胶纤维Durvil、瑞士生产的阻燃丙纶纤维Sandoflam 5071[18]。

随着健康意识的不断增强，人们愈发重视织物的功能性，因此，开发功能性纳米纤维成为研究热点，将其应用于纺织品中，能增加纺织品的多样性并开发出更多符合大众需求的纺织品，进而开发兼具多种功能的纤维尤为重要。

2.2 发展趋势

为了满足现代人的需求，制备高性能、多功能的纳米纤维材料已成为当前静电纺丝领域的研究热点。静电纺丝溶液的性质在很大程度上影响了所制备的纳米纤维，因此，基于多种材料的混合纺丝可以提高纳米纤维材料的性能，使其功能更加多样化。

Dadvar等[19]研究了PAN/MgO/Al2O3纳米纤维的防紫外线性能，结果表明：MgO、Al2O3具有较大的比表面积且紫外线防护作用较强。Zarghami等[20]制备出聚氧化乙烯/壳聚糖/聚己内酯/橄榄油纳米纤维，对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌有较好的杀菌作用。由于静电纺丝纳米纤维的稳定性和力学性能有待改进，徐安长等[21]通过在纺丝液中加入多壁碳纳米管，探究了多壁碳纳米管复合纳米纤维的增强作用。研究发现，随着MWNTs含量的增加，复合纤维毡的颜色由白色变成黑色，纤维直径随着多壁碳纳米管含量的增加逐渐减小，且都小于90 nm；随着多壁碳纳米管的加入，复合纳米纤维的结晶度有所提高，并增强了其热稳定性和拉伸性能。有学者选用聚酰胺作为基体，通过加入功能性离子纳米银和TiO2，采用静电纺丝法制备了抗菌复合纳米纤维毡。研究结果表明，纳米离子的加入不仅使其具有功能性，还增强了复合纳米纤维的力学性能。