生物可降解静电纺PBST超细纳米纤维的制备及工艺研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.02.007

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (2): 32-39.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.02.007

生物可降解静电纺PBST超细纳米纤维的制备及工艺研究

张正(), 李方全, 祝桂香, 郭敏, 王颖()

中石化（北京）化工研究院有限公司，中国石化医用卫生材料研究与应用重点实验室，北京 100013

收稿日期:2024-05-15 出版日期:2025-02-26 发布日期:2025-02-27
通讯作者: 王颖（1979—），女，研究员，从事医用卫生材料和医用纤维材料研究，wangy0116.bjhy@sinopec.com
E-mail:zhangzh.bjhy@sinopec.com;wangy0116.bjhy@sinopec.com
作者简介:张正（1993—），男，博士，从事医卫防护材料的研究，zhangzh.bjhy@sinopec.com
基金资助:
中国石化科技部项目(223088)

Study on preparation technology of ultrafine biodegradable electrospun PBST nanofibers

ZHANG Zheng(), LI Fangquan, ZHU Guixiang, GUO Min, WANG Ying()

Sinopec Key Laboratory of Research and Application of Medical and Hygienic Materials，Sinopec （Beijing） Research Institute of Chemical Industry Co，Ltd，Beijing 100013，China

Received:2024-05-15 Online:2025-02-26 Published:2025-02-27
Contact: WANG Ying E-mail:zhangzh.bjhy@sinopec.com;wangy0116.bjhy@sinopec.com

摘要/Abstract

摘要：

利用溶液静电纺丝法分别研究了聚对苯二甲酸⁃共⁃丁二酸丁二醇酯（PBST）聚合物在单一溶剂体系二氯甲烷（DCM）和双组分溶剂体系二氯甲烷/N，N⁃二甲基甲酰胺（DMF）中的可纺性，探讨了聚合物溶液浓度、供液速度、溶剂比例等纺丝参数对PBST纳米纤维直径的影响。通过加入四正丁基氯化铵（TBAC）有机盐，实现了PBST纳米纤维的进一步细化，并研究了不同比例TBAC在不同溶剂体系中的助剂作用。结果表明，TBAC的加入可以大幅增加聚合物纺丝溶液的导电性，提升PBST的可纺性，并显著降低PBST纳米纤维直径。同时，对所制备的溶液静电纺PBST纳米纤维材料的空气过滤性能也进行了初步探究。在PBST质量浓度为5 %，溶剂体系为DCM/DMF（质量比7/3），PBST和TBAC质量比为4/1时，PBST纤维最细，平均直径可达到65 nm；在PBST质量浓度为8 %，溶剂体系为DCM/DMF（质量比7/3）， PBST和TBAC质量比为16/1时，PBST纳米纤维材料滤效达到99.98 %，滤阻236.9 Pa。

关键词: 聚对苯二甲酸?共?丁二酸丁二醇酯纳米纤维材料, 溶液静电纺丝工艺, 超细纳米纤维

Abstract:

The spinnability of poly（butylene succinate terephthalate）（PBST） in a mono⁃solvent system of dichloromethane （DCM） or in a binary solvent system of chloromethane/N，N⁃dimethylformamide （DMF） was intensively investigated by using a solution electrospinning technique. The effects of polymer spinning solution concentration， feeding rate， and solvent ratio on the diameter of PBST nanofibers during the electrospinning process were also investigated. The diameter of the PBST nanofibers was further evaluated by the addition of a tetrabutylammonium chloride （TBAC） organic salt during the electrospinning process. The assistance effects of TBAC on different concentrations or solvent systems were also studied. The results indicated that the addition of TBAC could greatly elevate the conductivity of the polymer solution， improving its spinnability and consequently reducing the fiber diameter. Meanwhile， the filtration properties of the as⁃prepared PBST nanofibrous materials were also preliminarily explored. The PBST nanofibrous materials with a minimum fiber diameter of 65 nm were prepared by using a 5⁃wt% PBST/（DCM/DMF=7/3） polymeric solution， in which the mass ratio of PBST to TBAC was 4/1. The PBST nanofibrous materials obtained an optimal filtration efficiency of 99.98 % and a filtration resistance of 237 Pa when using an 8⁃wt% PBST/（DCM/DMF=7/3） polymeric solution， in which the mass ratio of PBST to TBAC was 16/1.

Key words: poly（butylene succinate terephthalate） nanofibrous material, solution electrospinning technique, ultrafine nanofiber

中图分类号:

TQ323.4

张正, 李方全, 祝桂香, 郭敏, 王颖. 生物可降解静电纺PBST超细纳米纤维的制备及工艺研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 32-39.

ZHANG Zheng, LI Fangquan, ZHU Guixiang, GUO Min, WANG Ying. Study on preparation technology of ultrafine biodegradable electrospun PBST nanofibers[J]. China Plastics, 2025, 39(2): 32-39.

图/表 8

图1 静电纺丝装置示意图及由不同聚合物溶液制备的PBST纳米纤维材料的SEM照片

Fig.1 Schematic diagram of the electrospinning device and SEM images of the PBST nanofibers prepared using different polymer solution

样品	5 % PBST/DCM	8 % PBST/DCM	10 % PBST/DCM
黏度	11.0	32.4	66.7

表1 不同浓度PBST/DCM溶液的黏度 (mPa·s)

Tab.1 Viscosity of the PBST/DCM polymer solution with different concentrationm

图2 不同聚合物溶液制备的PBST纳米纤维材料的形貌及纤维直径统计

Fig.2 Morphology and fiber diameter statistics of the nanofibrous materials prepared using different polymer solution

图3 不同聚合物溶液制备的PBST纳米纤维材料SEM形貌及纤维直径统计

Fig.3 Morphology and fiber diameter statistics of the nanofibrous materials prepared using different polymer solution

图4 由不同聚合物溶液及供液速度制备的PBST纳米纤维材料形貌及纤维直径统计

Fig.4 Morphology and fiber diameter statistics of the nanofibrous materials prepared using different polymer solution and feeding rate

图5 不同聚合物溶液的黏度和电导率以及不同聚合物纺丝溶液电导率与PBST纳米纤维直径的关系

Fig.5 Viscosity and conductivity of different polymer solution and relationship between conductivity of different polymer spinning solutions and diameter of the PBST nanofibers

图6 具有不同纤维结构的PBST纳米纤维材料空气过滤测试结果

Fig.6 Air filtration test results of the PBST nanofiber materials with different fiber structure

图7 由不同聚合物溶液及供液速度制备的PBST纳米纤维材料的形貌及纤维直径统计

Fig.7 Morphology and fiber diameter statistics of the PBST nanofiber materials prepared using different polymer solution and feeding rate

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