混溶性

通过部分芯鞘混溶性提供的最小能量界面实现芯功能化同轴纤维的稳定电纺丝

摘要：芯鞘电纺丝是一种生产含有一种或多种封装功能材料的复合纤维的强大工具，但许多材料组合很难甚至不可能一起纺丝。我们表明，成功的关键是确保明确界定的芯鞘界面，同时保持该界面上恒定且最小的界面能。使用热致液晶作为模型功能芯，使用聚丙烯酸或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物作为鞘聚合物，我们研究了使用水、乙醇或四氢呋喃作为聚合物溶剂的影响。我们发现理想的芯和鞘材料是部分可混合的，其相图显示内部可混合间隙。完全不混溶会产生相对较高的界面张力，这会导致芯断裂，甚至阻止芯进入产生纤维的喷射流，而在完全混溶的情况下，由于缺乏明确的界面，会消除芯-鞘形态，并将芯变成鞘溶液的凝固浴，导致泰勒锥中过早凝胶化。此外，为了最大限度地减少由于局部界面张力变化而导致的泰勒锥中的马兰戈尼流，在纺丝之前应在芯中添加少量鞘溶剂。我们的发现解决了长期以来关于在芯-鞘静电纺丝中选择芯和鞘流体的指导方针的困惑。这些发现可以应用于除本文研究的材料组合之外的许多其他材料组合，从而能够制备出具有广泛兴趣和应用潜力的新型功能复合材料。■ 简介