靜電紡絲功能性納米纖維的研究進展

閆曉靜，劉 彤，陳 超

（1.蘇州大學 紡織與服裝工程學院 江蘇 蘇州 215021；2.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215021）

1 靜電紡絲的開發現狀及發展趨勢

1.1 開發現狀

靜電紡絲裝置主要由3個部分組成：高壓靜電裝置、噴絲器、接收裝置[1]，如圖1所示。

圖1 靜電紡絲裝置

近年來，國內許多單位對靜電紡絲技術的各個方面已經展開了研究，例如，進場靜電紡絲的概念是由廈門大學的孫道恒等[2]首次提出；北京化工大學楊衛民教授等[3]研發了熔體微分靜電紡絲技術和多噴頭并聯技術，解決了高黏度聚合物熔體微分流細化的難題；Ding等[4]首次利用靜電紡絲技術制備出柔性二氧化硅無機納米纖維，其改性產品可應用于高溫過濾材料。

1.2 發展趨勢

目前唯一能直接、連續制備聚合物納米纖維的方法是靜電紡絲，其特點是工藝簡單、操作方便、制造速度快等。隨著技術的不斷改善和理論的不斷完善，靜電紡絲在生物醫藥、環保、食品等領域應用廣泛。

1.2.1 生物醫藥

Ao等[5]用棉纖維素/納米羥基磷灰石制成纖維支架用于骨組織工程修復，結果表明：隨著納米羥基磷灰石含量的增加，纖維的平均直徑在天然細胞外基質纖維的范圍內呈增長趨勢。He等[6]以可生物降解材料（Polylactic Acid，PLA）和鹽酸四環素（Tetracycline Hydrochloride，TCH）為原料，其中，PLA作為外層，TCH作為內層，利用同軸靜電紡絲技術制得了可持續釋放TCH的載藥雙層纖維，可應用于縫合線、傷口敷料等。

1.2.2 環保

姚春梅等[7]利用靜電紡絲技術制備出一種復合空氣過濾材料，測試結果表明，這種復合材料提高了對較小粒子的過濾效果，當紡絲時間達到2 h時，對0.3 μm以上的粒子可以達到99%以上的過濾效果，說明復合納米纖維層提高了對小粒徑粒子的過濾作用。Alireza等[8]以苯乙烯和丙烯腈的共聚物為原料，在不同條件下，利用靜電紡絲技術制備了納米纖維。該納米纖維具有多孔結構，在沒有經過后處理的情況下具有較強的吸油能力。

1.2.3 食品

Stoleru等[9]以殼聚糖和維生素E為原料，將利用靜電紡絲制備的納米纖維作為涂層固定在聚乙烯表面，維生素E能促使殼聚糖的黏度下降。利用這種方法制備的食品包裝材料能抗菌、抗氧化以及抵抗環境中酸堿度的變化。王雪芳等[10]以二氧化鈦和聚乳酸為原料，利用靜電紡絲制備了納米纖維，其能在一定程度上降低草莓的腐爛概率、延長草莓的貯藏期限。

2 靜電紡絲功能性納米纖維的開發現狀及發展趨勢

2.1 開發現狀

利用靜電紡絲設備制得的纖維細長且表面光潔，具有較大的比表面積。目前，靜電紡絲納米纖維作為納米纖維的基礎，已經成為研究熱點。以納米粒子為原料研制出的功能性紡織品種類越來越多，其在市場上占據越來越重要的地位[11]，主要功能包括以下4種。

2.1.1 抗菌功能

目前，納米銀、納米TiO2、氧化鋅（ZnO）等微米顆粒以及其他納米材料可用于制備抗菌納米纖維[12]。Anisha等[13]以PAN和硝酸銀為原料，通過靜電紡絲技術制備了具有抗菌功能的復合纖維膜。

2.1.2 防紫外線功能

張振等[14]利用靜電紡絲技術制備出具有抗紫外性能的PVP/蘆丁納米纖維膜，測試結果表明：當蘆丁的質量分數達到2.30%時，UPF值達到40，說明納米纖維膜具有良好的抗紫外性能。余嗣輝等[15]制備了抗紫外PVA/蘆丁納米纖維膜，測試結果表明：相對于聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA），當改性劑蘆丁的質量分數為4.76%時，PVA/蘆丁納米纖維的平均直徑為302 nm，UPF值大于40，具有良好的抗紫外性能。

2.1.3 防電磁輻射功能

二氧化錫、NiO等粒子能有效吸收電磁輻射，如由西安華捷科技發展有限責任公司研制的既可防電磁輻射、又可防紫外線輻射的服裝面料，可吸收、阻隔大量電磁波和等量的紫外線[16]。

2.1.4 阻燃功能

國外研制的膠體三氧化二銻粒徑小、易分散、著色強度低，被較好地應用于阻燃纖維中[17]。國外用共混法制得的阻燃改性纖維有美國生產的阻燃黏膠纖維Durvil、瑞士生產的阻燃丙綸纖維Sandoflam 5071[18]。

隨著健康意識的不斷增強，人們愈發重視織物的功能性，因此，開發功能性納米纖維成為研究熱點，將其應用于紡織品中，能增加紡織品的多樣性并開發出更多符合大眾需求的紡織品，進而開發兼具多種功能的纖維尤為重要。

2.2 發展趨勢

為了滿足現代人的需求，制備高性能、多功能的納米纖維材料已成為當前靜電紡絲領域的研究熱點。靜電紡絲溶液的性質在很大程度上影響了所制備的納米纖維，因此，基于多種材料的混合紡絲可以提高納米纖維材料的性能，使其功能更加多樣化。

Dadvar等[19]研究了PAN/MgO/Al2O3納米纖維的防紫外線性能，結果表明：MgO、Al2O3具有較大的比表面積且紫外線防護作用較強。Zarghami等[20]制備出聚氧化乙烯/殼聚糖/聚己內酯/橄欖油納米纖維，對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌有較好的殺菌作用。由于靜電紡絲納米纖維的穩定性和力學性能有待改進，徐安長等[21]通過在紡絲液中加入多壁碳納米管，探究了多壁碳納米管復合納米纖維的增強作用。研究發現，隨著MWNTs含量的增加，復合纖維氈的顏色由白色變成黑色，纖維直徑隨著多壁碳納米管含量的增加逐漸減小，且都小于90 nm；隨著多壁碳納米管的加入，復合納米纖維的結晶度有所提高，并增強了其熱穩定性和拉伸性能。有學者選用聚酰胺作為基體，通過加入功能性離子納米銀和TiO2，采用靜電紡絲法制備了抗菌復合納米纖維氈。研究結果表明，納米離子的加入不僅使其具有功能性，還增強了復合納米纖維的力學性能。