一种聚乳酸中空纤维气凝胶的制备方法及其应用

本发明涉及纤维气凝胶，具体来说涉及一种聚乳酸中空纤维气凝胶的制备方法及其应用。

背景技术：

1、气凝胶是一类具有导热系数低、透明度高、柔韧性好、孔隙率高、质量轻、密度低、比表面积大、机械强度高等许多优异性能的先进材料。自1931年kistler研究以来，气凝胶在环境工程、食品包装、医药、建筑等应用领域引起了众多研究者的广泛关注。

2、聚乳酸具有可生物降解、生物相容性好和可加工性能等优势，成为应用广泛的生物降解高分子材料，也被全球公认为21世纪最有前途的新型绿色材料。目前，关于聚乳酸中空纤维气凝胶的研究未见报道，其中聚乳酸异形（中空）纤维的研究有：

3、（1）合成pla-peg-pla三嵌段共聚物作为添加剂用于pla中空纤维制备。（沈鹏, 张玉坤, 许嘉瑛, 陈顺权, 杜如虚. 含pla-peg-pla三嵌段共聚物的pla中空纤维的制备及其性能研究. 塑料工业 2013, 41: 24-27.）（peng shen, akihito moriya, saeidrajabzadeh, tatsuo maruyama, hideto matsuyama. improvement of the antifoulingproperties of poly lactic acid hollow fiber membranes with poly lactic acid-polyethylene glycol-poly lactic acid copolymers. desalination 2013, 325: 37-39.）（akihito moriya, peng shen, yoshikage ohmukai, tatsuo maruyama, hidetomatsuyama. reduction of fouling on poly lactic acid hollow fiber membranes byblending with poly lactic acid - polyethylene glycol - poly lactic acidtriblock copolymers. journal of membrane science 2012, 415-416: 712-717.）。

4、（2）采用热致相分离法制备等规聚丙烯-聚乳酸共混中空纤维膜，在碱性条件下水解膜表面的聚乳酸而产生亲水性基团，从而提高共混膜的表面亲水性（徐志红, 黄鑫, 王伟平, 郭强, 李磊, 张志炳. 热致相法制备聚丙烯-聚乳酸共混中空纤维膜及其性能测试. 南京大学学报（自然科学） 2016, 52: 229-234.）。

5、（3）采用干/湿相转化法制备聚乳酸中空纤维，将dl-聚乳酸、溶剂及添加剂置于挤出器中，挤出的聚合物中空纤维直接进入盛有乙醇或水等凝固液中凝固一天，自然晾干，再真空干燥制备成型（朱家蕙, 沈正荣, 马臻, 吴兰亭, 石灯水. 生物降解聚乳酸中空纤维的制备及其药物体外释放的研究. 生物医学工程学杂志 1997, 14: 247-251.）。

6、（4）采用静电纺丝技术制备pla中空纤维，制备过程采用8%pla溶液作为壳层，采用2%pva溶液作为核层，通过调控核/壳流速比、纺丝电压和接收距离制备核/壳结构pva/pla纤维，然后用去离子水浸泡pva/pla纤维膜，最终得到中空pla纤维（江爱云. 多孔中空pla纤维的制备及其应用研究. 苏州大学 2020.）。

7、（5）采用相分离方法制备聚乳酸中空纤维（akihito moriya, tatsuo maruyama,yoshikage ohmukai, tomohiro sotani, hideto matsuyama. preparation of polylactic acid hollow fiber membranes via phase separation methods. journal ofmembrane science 2009, 342: 307-312.）。

8、鉴于目前气凝胶材料的快速发展及气凝胶均存在脆性大等问题限制，迫切需要提出一种结构和性能新颖的气凝胶纤维材料、制备方法及应用，来达到生产流程简单、周期短、成本低的目的，充分发挥气凝胶材料特性及中空纤维结构优势，将气凝胶应用开发推向一个新高度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚乳酸中空纤维气凝胶的制备方法和应用，该方法制备工艺参数可控，气凝胶微观/宏观结构可控，制备得到的聚乳酸中空纤维气凝胶压缩力学性能优异，整体结构稳定。

2、为此，本发明提供了一种聚乳酸中空纤维气凝胶的制备方法，包括

3、（1）配置纺丝溶液，制备聚乳酸中空纤维；

4、（2）将所述聚乳酸中空纤维分散在混合溶液中，再加入助剂溶液匀浆分散，得到聚乳酸纤维分散液；

5、（3）将所述聚乳酸纤维分散液进行定向冷冻成型并冷冻干燥，得到聚乳酸中空纤维气凝胶。

6、优选的，所述步骤（1）包括：将聚乳酸溶液、水溶性聚合物溶液以及醇溶液分别装入注射器中，将注射器与微流控同轴纺丝装置相连，推动注射器使溶液经微流控同轴纺丝装置推入装有醇溶液的接收装置中，收集、牵伸、清洗干燥、得到聚乳酸中空纤维。

7、优选的，所述步骤（1）包括：将聚乳酸溶液、水溶性聚合物溶液分别装入注射器中，将上述注射器与湿法纺丝同轴装置相连，推动注射器使上述溶液经湿法纺丝同轴装置推入醇溶液凝固浴中，收集、牵伸、清洗干燥、得到聚乳酸中空纤维。

8、优选的，将聚乳酸母粒溶解在二氯甲烷与二甲基甲酰胺混合溶液中得到聚乳酸溶液，二氯甲烷与二甲基甲酰胺质量比为6:4-9.5:0.5，聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数为5%-30%。

9、优选的，水溶性聚合物溶液的质量分数为1%-15%，水溶性聚合物包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的至少一种。

10、优选的，醇溶液的质量分数为70%-100%，醇溶液包括乙醇和/或甲醇。

11、优选的，纺丝速度0.001ml/min-10ml/min，牵伸倍数为1-5倍。

12、优选的，所述步骤（2）中，聚乳酸中空纤维和混合溶液的比例关系为1g：(30-70)ml，聚乳酸中空纤维和助剂溶液的比例关系为1g：(30-70)ml；混合溶液包括质量比为1:1.5-1:9水和叔丁醇溶液；助剂溶液的溶度为1%，助剂溶液包括质量比为5.5:1-2.5:1的黏合剂和表面活性剂。

13、优选的，所述步骤（3）中，定向冷冻成型工艺参数为：冷冻温度-100℃至-5℃，冷冻时间15min-120min；冷冻干燥工艺参数为：冷冻干燥机温度为-20℃至-50℃，冷冻干燥时间为12h-72h，真空度为0.5pa-10pa。

14、本发明还提供了所述的聚乳酸中空纤维气凝胶的制备方法制备得到的聚乳酸中空纤维气凝胶在隔热保温、辐照制冷、过滤与分离等领域中应用。

15、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种聚乳酸中空纤维气凝胶的制备方法及其应用，制备方法包括：（1）配置纺丝溶液，制备聚乳酸中空纤维；（2）将所述聚乳酸中空纤维分散在混合溶液中，再加入助剂溶液匀浆分散，得到聚乳酸纤维分散液；（3）将所述聚乳酸纤维分散液进行定向冷冻成型并冷冻干燥，得到聚乳酸中空纤维气凝胶。本发明的制备工艺参数可控，气凝胶微观/宏观结构可控，制备得到的聚乳酸中空纤维气凝胶压缩力学性能优异，整体结构稳定。本发明制备的气凝胶在纤维分散液制备过程中解决气凝胶脆性和结构不稳定等问题，使其达到生产流程简单、周期短、成本低的目的，充分发挥气凝胶材料特性及中空纤维结构优势。