一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及化学制造薄膜技术领域，具体涉及一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法。
背景技术
覆盖薄膜具有微孔，可以起到覆盖、阻隔、透气的作用，被广泛用于伤口敷料、过滤介质、包装材料等领域。现有的覆盖薄膜具有双面光滑的对称结构，在实际应用中，贴附光滑表面时会造成通气量下降；虽然增加微孔数量可以达到提高通气量的目的，但是单位面积过高的微孔数量降低了覆盖薄膜的机械强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法，解决了现有技术中存在的覆盖薄膜透气性差的问题。
本发明所采用的技术方案是一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将N,N-二甲基甲酰胺和水以体积比为1～2：8～9混合均匀，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
步骤2、设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
步骤3、称取适量聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内进行降温处理；
步骤4、开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温处理，得到具有微支撑的透气薄膜。
本发明的特点还在于：
步骤1中，N,N-二甲基甲酰胺替换为二甲基亚砜，二甲基亚砜和水以体积比为1～2：8～9混合均匀。
步骤1中，聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量浓度为25～35％。
步骤2中，静电纺丝仪器的参数为电压15～25KV、纺丝速度0.01～0.1ml/h，接收距离5～15cm。
步骤3中，聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维的质量为0.5～1.0g。
步骤3中，降温处理的温度为-30～0℃。
步骤4中，真空冷冻干燥机的压强为10～30Pa，温度为50～60℃。
步骤4中，冷却降温处理的温度控制在20～25℃。
本发明的有益效果是：
本发明一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法，采用静电纺丝法制备均一材料的非对称相转化有机薄膜，有效提升了薄膜的孔隙率，且有效避免了架桥现象导致的膜堵塞问题；本发明制备的透气薄膜具有多孔表皮层以及形成微支撑的纤维层，有效降低了微孔膜的微孔数量，提高其覆盖后的界面气体交换效率；采用本发明制备的具有微支撑的透气薄膜可有效提升界面气体交换能力，可广泛应用在创伤覆盖的氧化愈合及风味包装。
附图说明
图1是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的结构示意图；
图2是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的多孔表皮层的扫描电镜图；
图3是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的微支撑纤维层的扫描电镜图；
图4是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的应用原理图；
图5是现有的微孔膜的应用原理图。
图中，1.微支撑纤维层，2.微孔，3.被覆盖物，4.气流交换。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提出了一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将N,N-二甲基甲酰胺和水以体积比为1～2：8～9混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为25～35％聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
其中，N,N-二甲基甲酰胺替换为二甲基亚砜，二甲基亚砜和水的体积比为1～2：8～9；
步骤2、设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压15～25KV、纺丝速度0.01～0.1ml/h，接收距离5～15cm；
步骤3、称取适量聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内进行降温处理；
其中，聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维的质量为0.5～1.0g；降温处理的温度为-30～0℃；
步骤4、开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温处理，得到具有微支撑的透气薄膜，如图1所示，本发明制备的具有微支撑的透气薄膜，其结构为非对称微孔膜，透气薄膜一侧具有微支撑纤维层1，透气薄膜本体具有多个微孔2，有效提升了透气薄膜的气体透过率。
其中，真空冷冻干燥机的压强为10～30Pa，温度为50～60℃；冷却降温处理的温度控制在20～25℃。
本发明一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法采用的原理如下：
1、静电纺丝法是一种制备三维纳米结构薄膜的常用方法，所制备的薄膜具有孔径小、孔隙率高、纤维均一性好等优点，有效避免架桥现象等问题导致的膜堵塞，在流体过滤领域有巨大的应用潜力。
2、非对称相转化膜是非对称膜的一种，表皮层与支撑层为同一种材料，通过相转化过程形成非对称结构；通常非对称相转化膜是将配制好的聚合物溶液刮在抛光的支撑体上，蒸发后，浸在沉淀剂中凝胶化；得到的非对称相转化膜具有不对称结构的表皮与多孔结构支撑。
3、本发明是采用静电纺丝法制备均一材料的非对称相转化有机薄膜，有效结合了静电纺丝方法与非对称相转化膜的优势。从气体交换原理上说，覆盖膜与被覆盖物界面上的气体交换能力取决于界面结合程度，界面结合程度小，界面空间过大，覆盖物会失去隔离的覆盖意义；界面结合程度大，界面空间小，无法进行有效的气体交换。本发明制备的透气薄膜表面形成可起到支撑作用的纤维，不影响覆盖，有效增加了界面空间，提高了气体交换效率。
实施例1
一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法：
(1)，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将N,N-二甲基甲酰胺和水以体积比为1：9混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为25％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
(2)，设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压15KV、纺丝速度0.01ml/h，接收距离5cm；
(3)，称取0.5g聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内降温至-30℃；
(4)，开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温至20℃，得到具有微支撑的透气薄膜。
其中，真空冷冻干燥机的压强为10Pa，温度为50℃。
实施例2
一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法：
(1)，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将N,N-二甲基甲酰胺和水以体积比为2：8混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为35％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
(2)，设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压25KV、纺丝速度0.1ml/h，接收距离15cm；
(3)，称取1.0g聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内降温至0℃；
(4)，开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温至25℃，得到具有微支撑的透气薄膜。
其中，真空冷冻干燥机的压强为30Pa，温度为60℃。
实施例3
一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法：
(1)，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将N,N-二甲基甲酰胺和水以体积比为1.5：8.5混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为30％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
(2)，设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压20KV、纺丝速度0.05ml/h，接收距离10cm；
(3)，称取0.7g聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内降温至-20℃；
(4)，开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温至23℃，得到具有微支撑的透气薄膜。
其中，真空冷冻干燥机的压强为20Pa，温度为55℃。
实施例4
一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法：
(1)，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将二甲基亚砜和水以体积比为1：9混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为25％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
(2)，设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压15KV、纺丝速度0.01ml/h，接收距离5cm；
(3)，称取0.5g聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内降温至-30℃；
(4)，开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温至20℃，得到具有微支撑的透气薄膜。
其中，真空冷冻干燥机的压强为10Pa，温度为50℃。
实施例5
一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法：
(1)，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将二甲基亚砜和水以体积比为2：8混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为35％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
(2)，设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压25KV、纺丝速度0.1ml/h，接收距离15cm；
(3)，称取1.0g聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内降温至0℃；
(4)，开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温至25℃，得到具有微支撑的透气薄膜。
其中，真空冷冻干燥机的压强为30Pa，温度为60℃。
实施例6
一种具有微支撑的透气薄膜的制备方法：
(1)，制备聚乙烯吡咯烷酮溶液
将二甲基亚砜和水以体积比为1.5：8.5混合均匀作为溶剂，再加入适量聚乙烯吡咯烷酮将其溶解均匀，得到质量浓度为30％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，备用；
(2)，设定静电纺丝仪器的参数，将聚乙烯吡咯烷酮溶液加入静电纺丝仪器中进行静电纺丝处理，得到聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维，备用；
其中，静电纺丝仪器的参数为电压20KV、纺丝速度0.05ml/h，接收距离10cm；
(3)，称取0.7g聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维置于真空冷冻干燥机内降温至-20℃；
(4)，开启真空冷冻干燥机的真空泵，并逐步提高压强和温度，对聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行干燥处理后，将聚乙烯吡咯烷酮静电纺丝纤维进行冷却降温至23℃，得到具有微支撑的透气薄膜。
其中，真空冷冻干燥机的压强为20Pa，温度为55℃。
实验验证：
对市售0.45μm醋酸纤维素微孔膜与本发明制备的透气薄膜的平均孔径、孔道占据膜表面积、气体透过率进行对比，如表1所示：
表1、醋酸纤维素微孔膜与具有微支撑的透气薄膜的性能对比
从表1可知，本发明一种具有微支撑的透气薄膜与醋酸纤维素微孔膜的平均孔径一致；而本发明一种具有微支撑的透气薄膜的孔道占据膜表面积比醋酸纤维素微孔膜的孔道占据膜表面积小很多，在这一前提条件下，本发明一种具有微支撑的透气薄膜的气体透过率高于醋酸纤维素微孔膜。故此说明本发明制备的具有微支撑的透气薄膜相比微孔膜具有更好的气体透过率。
图2是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的多孔表皮层的扫描电镜图，从图2可以看出，本发明具有微支撑的透气薄膜孔径均匀，表面平整光滑，且平均孔径为0.45μm，从微孔2内可观察到透气薄膜另一侧的微支撑纤维层1，说明本发明制备的具有微支撑的透气薄膜具有良好的气体透过率。
图3是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的微支撑纤维层的扫描电镜图，从图3可以看出，本发明具有微支撑的透气薄膜的微支撑纤维层1的纤维直径均匀，长度均为0.2-0.5μm。
图4是本发明一种具有微支撑的透气薄膜的应用原理图，图5是现有的微孔膜的应用原理图。从图4与图5的对比可以看出，本发明具有微支撑的透气薄膜覆盖被覆盖物3后，因其微支撑纤维层1的微支撑作用，将气体交换空间延伸至透气薄膜与被覆盖物3之间的整个界面，增强了气流交换4，加大了气体交换空间，有效提升了气体透过率。而现有的微孔膜其气流交换4少，气体交换空间小，仅局限于微孔周围。
