Влияние диаметра нановолокон на свойства нетканого материала

В последнее время был совершен прорыв не только в области изготовления и характеристики наноматериалов, но и в их применении в качестве функциональных материалов.

Среди наноматериалов нановолокна представляют особенный интерес. Будучи нетканым полотном, нановолокна демонстрируют высокую пористость, большую поглощающую способность и хорошую механическую гибкость. Эти качества позволяют применять нетканые нановолоконные материалы для определенной биомедицинской продукции, например, для раневых повязок.

Высокая пористость позволяет  повысить эффективность биомедицинской продукции за счет введения активных или функциональных веществ в поры. Например, поры можно заполнить антибактериальными веществами в случае применения наноматериалов в качестве перевязочного материала. При этом особенно эффективен оксид цинка (ZnO), поскольку он демонстрирует повышенную антибактериальную активность и легко может быть помещен в поры.  Электроформование (ЭФ) – это простой способ получения нановолокон из различных полимеров. В сочетании с полимером можно использовать неорганические соединения и получать органические-неорганические нанокомпозиты, обладающие преимуществами органических и неорганических материалов. ЭФнановолокна обладают уникальными свойствами, а также отличаются простотой производства, морфологического контроля и функционализации. Благодаря своей биосовместимости и способности к биоразложению поливиниловый спирт (ПВС) лучше всего применим в биомедицине. На основе 10% масс раствора ПВС в воде, содержащей 1% наночастиц ZnO (от массы  ПВС), были получены нановолокна различного диаметра (20, 70 и 100 нм) при различных условиях ЭФ. Методом растровой электронной микроскопии было показано, что все полученные нетканые нановолоконные материалы демонстрируют идентичную морфологию (непрерывные нити одинакового диаметра). Диаметр волокна значительно влияет на физические свойства нетканых материалов, такие как пористость, механическая прочность, удельная поверхность. На рис.1 показано изменение диаметра волокна в зависимости от размера наночастиц ZnO (при различном напряжении электрического поля). Показано, что увеличение размера наночастиц ZnO ведет к сокращению диаметра полученных нановолокон.

Рисунок 1.

Влияние размера наночастиц оксида цинка (ZnO) на диаметр ЭФ нановолокон при  различном напряжении электрического поля.

Диаметр наночастиц ZnO (нм)

Вязкость раствора является важной характеристикой, влияющей на формирование волокна во время ЭФ. Для понимания зависимости, показанной на рисунке 1, была измерена вязкость раствора при определенном уровне скорости сдвига и показано, что она постоянна (см. рисунок 2). В  работе продемонстрировано, что вязкость постепенно увеличивается по мере сокращения размера наночастиц ZnO. Увеличение вязкости напрямую связано с  размером наночастиц. Для выяснения характера взаимодействия между макромолекулами полимера и наночастицами оксида цинка использовали метод Фурье-ИК-спектроскопиии,  было обнаружено отсутствие химической связи между ZnO и ПВС, но показано, что имеет место  специфическое взаимодействие ПВС с наночастицами ZnO.

Рисунок 2.

Зависимость вязкости (η) раствора от скорости сдвига (γ̇), для 10% раствора ПВС и 10 % раствора ПВС, содержащего наночастицы оксида цинка. Цифры обозначают размер наночастиц ZnO в суспензии.

Стоит отметить, что даже при постоянной концентрации наночастиц можно менять диаметр волокна за счет изменения размера наночастиц. Наряду с изучением вопроса увеличения вязкости от размера наночастиц, также исследуется степень дисперсности наночастиц в нановолокнах ПВС и влияние наночастиц на другие физические свойства нетканых волокнистых материалов, в том числе на антибактериальные свойства.

 

Источник: http://www.4spepro.org

Яндекс.Метрика