静电纺丝之你想知道系列—PVA（聚乙烯醇）

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目录 

1.PVA材料的性质

2.静电纺PVA的应用

3.静电纺PVA参数模板

4.常见纺丝问题及解决方法

 

1.PVA材料的性质

聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性聚合物，化学式为[C2H4O]n，外观是白色片状、絮状或粉末状固体，无味。特点是致密性好、结晶度高，粘接力强、制成的薄膜柔韧平滑、耐油、耐溶剂、耐磨耗、气体阻透性好，以及经特殊处理具有的耐水性，用途广泛。

    它对人体无毒、无味、无害，与自然环境具有良好的亲和性，不累积，无污染。聚乙烯醇薄膜是以聚乙烯醇为主体，加入改性剂等助剂，经过特殊工艺加工、可以被土壤中的微生物完全降解的绿色环保功能性材料。它可在短时间内降解为二氧化碳和水，并有改良土地的作用。聚乙烯醇薄膜最大的优点是水溶性，最大的缺点是耐水性差。

    它之所以耐水性差，是由于其分子中带有亲水性的羟基（-OH）。如果能将羟基适当封闭，接上耐水性基团，就可提高PVA薄膜的耐水性。PVA含有羟基，可发生多元醇的一切典型反应，选用适当的缩聚物，在添加量不大的情况下，就能与PVA中的羟基适度交朕，使PVA形成一种强韧的三维结构，稳定了PVA在湿态条件下的气密性，提高了耐水能力。实际应用中，可以通过调整原料、配方和工艺来控制聚乙烯醇薄膜的水溶性和吸潮性，以此来满足不同使用目的的需要。

2.静电纺PVA的应用

（1）生物医学：因其有巨大的表面积与体积比、高孔隙率、足够的渗透性、优异的伤口渗出物吸收能力、与皮肤ECM的结构相似性、优异的抗菌性以及长时间的缓释特性和良好的生物相容性。可用作伤口敷料、细胞支架、体外组织重建等。有研究团队对用于伤口愈合的电纺PVA纳米纤维进行总结，并指出其在生物医学的领域有着重大的发展前景。

 

图一：用于伤口愈合的电纺药用纳米纤维

DOI：doi.org/10.3390/membranes11100770

 

（2）吸音材料：传统吸音材料主要有吸音棉、空间吸声体、穿孔板、吸音泡沫等，相比于传统吸音材料静电纺PVA纳米纤维材料具有纳米纤维直径小、比表面积大、空隙小质轻等特点有利于提高吸声性能，有研究团队将PVA材料用在了吸音材料上，提高了材料对声能的空气粘滞、热传导、纤维振动、摩擦等作用转化为机械能或热能损耗，对在吸音降噪领域发展有着巨大的前景。

 

 

图二：电纺纤维复合材料吸声性能研究进展

DOI：doi.org/10.3390/nano12071123

 

 

（3）重金属离子和染料吸附材料：重金属离子污染和有机染料化合物污染，对生态环境和居民健康都造成了严重危害。由于PVA 大分子上具有大量侧基-CN ，并且-CN 具有极性强、活性高的特点，使PVA可与许多小分子化合物发生物理或化学作用，从而实现PVA 纤维的改性，赋予纤维新的所需性能。其中，通过对PVA纳米纤维表面进行胺化或者偕胺肟化，引入具有吸附活性的氨基或偕胺肟基，可与金属离子形式配位键。其具有纤维直径小、比表面积大等优点，有研究团队用静电纺丝PVA材料用在重金属吸附上，在重金属离子吸附以及染料吸附等领域的发展有着重大意义。

 

图三：新型电纺β-CD/CS/PVA纳米纤维膜同时快速去除水中有机微污染物和重金属离子

DOI：doi.org/10.1016/j.cej.2019.122232

 

（4）电池隔膜：隔膜作为锂离子电池中重要的组成部分之一,其性能的好坏直接影响电池性能的优劣。PVA复合隔膜的孔隙率、吸液率甚至热分解温度能力都比传统隔膜优异。而且PVA复合隔膜的缩胀率保持较低水平。研究团队将静电纺丝PVA材料用在电池隔膜上，推进了锂离子电池的发展。

 

图四：提高锂离子电池电解液性能和机械强度的PVA-ZrO2多层复合隔板

DOI：doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.095

 

3.静电纺PVA参数模板

（1）纺丝材料：聚乙烯醇PVA，醇解度87-89%，聚合度2000±50，10wt%，蒸馏水。

 

（2）实验仪器：50mL锥形瓶、磁力搅拌器、水浴锅、电子天平、E05静电纺丝机。

 

（3）纺丝液配置：配置PVA溶液时，将PVA粉末慢慢倒入正在搅拌中且水温低于室温（25℃）的蒸馏水中，搅拌10-15分钟使颗粒充分分散后，边搅拌边升温至95℃（热熔型PVA），加料时尽量慢一些，搅拌速度在100-200r/min（过弱：颗粒沉降为块状物；过强：容易起泡）。

 

（4）稳定混合纺丝实验参数：电压+10kV、供液速度0.8ml/h；辊筒：电压-20kV、环境湿度50%RH、环境温度34℃；纺丝距离：150-200mm。

 

4.常见纺丝问题及解决方法

成膜很薄或者射流密度低，注意该材料需要比较高的相对湿度，低湿度下会导致纺丝效率降低；长期保存会出现凝絮，重新加热搅拌溶解即可；配液注意逐步添加粉体，高速搅拌避免成团。

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