《AFM》：医用口罩制造策略！热塑性弹性体及物理凝胶的无纺布电纺解析

无纺布是一种随机排列的纤维垫，具有高表面积和固有孔隙度，广泛应用于气液过滤、生物医学支架、一次性服装/床单和个人防护设备。这些纤维垫可以通过多种熔融或溶液工艺来制造（包括熔喷法和电纺法）。通过溶液电纺制造的无纺布，其工艺是在喷嘴和收集基底之间施加电场。溶液表面张力被施加的电场克服后，形成了泰勒锥，进而生成纳米/微米纤维。纤维的形成及直径由溶液特性（如黏度和导电性）以及纺丝参数（如电场强度和纤维收集方法）决定。另一个重要的考虑因素是选择要电纺的聚合物。基于商业化的苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（SEBS）三嵌段共聚物的热塑性弹性体（TPEs）可以在非选择性溶剂中溶解，形成适合电纺的溶液。当置于选择性溶剂中时，根据分子特性和嵌段-溶剂相容性，可以实现自组装特性。

近日，来自美国北卡罗莱纳州立大学的Richard J.Spontak和Michael D.Dickey教授团队进行了热塑性弹性体及其物理凝胶电纺成可调纤维：结构形成和性能增强的相关研究。成果以“Thermoplastic Elastomers and Their Physical Gels Electrospun into Tunable Microfibrous Nonwoven Mats: Structure Formation and Property Enhancement”为题于09月20日发表在《Advanced Functional Materials》上。

本文要点：

（1）本文首次展示了一系列具有相似组成的商业TPEs通过溶液静电纺丝，形成无纺布的纤维，这些纤维具有良好透气性。纤维形成的重要因素是共聚物的分子量，其调节（1）电纺前溶液的黏度，（2）共聚物在电纺过程中自组装的能力，（3）纤维形态，（4）所得微纤维的机械性能。

（2）本文向TPEs中添加选择性作用于中段的脂肪烃油可以生成热塑性弹性体凝胶（TPEGs），其共聚物的形态和机械性能可根据成分进行高度调节。通过二元油+溶剂对TPEGs进行电纺，引入了一种胶束反转机制，从富含油的胶束核心开始，随着溶剂在微纤维固化过程中逐渐蒸发，形成了富含苯乙烯的胶束核心。

（3）本研究对于生产具有可控低模量的微纤维材料具有重要意义，该类材料具有适宜的韧性、极佳的延展性和光学透明性。