掺杂ZnO可降解聚合物纤维的制备及其抗菌性能研究(5)
在静电纺丝过程中，将从高压静电发生器导出的阳极插入聚合物溶液或熔融液中，另外一个接地的电极与接收装置相连。当没有外加电压时，聚合物流体因表面张力作用贮积在毛细管内不外流．电场开启时，由于电场力作用，纺丝液中不同的离子或分子中具有极性的部分将向不同的方向聚集。[6]由于阳极连在纺丝液中，纺丝液的表面应该是布满受到阳极排斥作用的阳离子或分子中的缺电子部分，所以纺丝液表面的分子受到了方向指向阴极的电场力，而纺丝液的表面张力与纺丝液表面分子受到的电场力的方向相反，当外加的电压所产生电场力较小时，电场力不足以使纺丝液喷出，这时注射器针尖部原为球形的液滴被拉伸变长。继续加大电压，在外界其它条件一定的情况下，当电压超过某一临界值时，该部的液滴变为锥形(Taylorcone)[6]，带电的纺丝液克服其表面张力从端部喷出，形成一股带电的射流。射流由于受到静电排斥和拉伸作用，加上溶剂挥发，形成的纤文直径变得很细，最后纤文固化以无序状排列于收集装置上，形成类似非织造布的纤文毡。如图1.1所示。[7]
图1.1. 静电纺丝装置示意图
形成Taylor锥的原因：从表面现象的研究可知，在毛细管顶端的液滴，将成为凸形的半球状．可在液滴表面上施加一电位，液滴曲面的曲率将逐渐改变，当电位达到某一临界值Vc时，半球状液滴会转变为锥形，其锥形的角度为49.3°，这一带电的锥体称为Taylor锥．静电纺丝能使纤文变成纳米级的原因是：在强电场作用下，流体进而可以从Taylor锥中被顶出，形成射流，直径变小。由电流体动力学分析可知，注入流体的表面电荷可能发生衰减，表面电荷与电场的偶合力可以导致出现切向电应力，这是使带电液流加速和直径减小的主要推动力，与之抗衡的主要是粘性应力。另一方面，与法向电应力平衡的是表面张力和相之间的压力差。在理论研究中首先应建立牛顿流体电纺的数学模型，写出这种细长状射流的电流体动力学的完整方程组，主要包括流体的粘度、电导率、电荷密度等参数．根据这种射流细化模型的理论分析，可以预示出射流横切剖面和表面电荷分布 随射流位置而改变。[8]
在静电纺丝中，影响纤文的形貌、直径大小的因素有很多，主要包括体系参数、环境参数和过程参数。静电纺丝过程中涉及的物质主要是静电射流的流体，主要包括聚合物的分子量、分子量的分布、分子链的结构(支链、直链等)以及聚合物溶液的粘度、电导率、表面张力、比热容、热导率及相变热(例如溶剂的蒸发热或熔体的结晶热)等体系本身的性质。过程参数主要包括施加的电场强度(当纺丝机构型固定时，它与施加的静电电压成正比)、电纺流体的流动速率(简称流速，当喷丝头孔径固定时，射流平均速度与之成正比)以及针头与接收装置的距离。[9]同时，射流周围的环境也对纺丝过程有一定的影响，如真空、空气或其他气氛，温度、湿度、气体流通速率等外界因素。通过协调、控制各个影响因素可以使聚合物溶液(或熔体)更有利于静电纺丝，并且可以改变纤文的尺寸、结构，从而得到我们所需要的形态。
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