一、研究背景

電紡絲已成為一種廣泛應(yīng)用且極具吸引力的技術(shù)，可用于生產(chǎn)長(zhǎng)而連續(xù)的納米纖維，該技術(shù)具有許多理想特性，例如大的比面積-體積比、增強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性以及可擴(kuò)展且具有成本效益的制造工藝。根據(jù)電紡絲的可調(diào)參數(shù)，如聚合物類型、溶液濃度、溶劑效應(yīng)和電紡絲條件，可以有效控制納米纖維的結(jié)構(gòu)和形態(tài)；這是電紡絲的主要優(yōu)勢(shì)之一。隨著電紡絲技術(shù)的發(fā)展，許多聚合物和無機(jī)/聚合物復(fù)合材料，如 PAN、PVA、PLLA、PVP和 PS，以及它們的共聚物已被制造出來并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在高分子材料中，聚苯乙烯是一種應(yīng)用廣泛的聚合物，具有無毒、無味、機(jī)械性能優(yōu)異、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)?？茖W(xué)家們已將聚苯乙烯應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如組織工程、過濾、離子交換劑等。由于聚苯乙烯的疏水特性，許多超疏水聚苯乙烯膜都是通過電紡絲成功制備的。Jiang 等人通過電紡絲獲得了聚苯乙烯納米纖維膜，并證明通過電紡絲可以改善聚苯乙烯的疏水性。與旋涂聚苯乙烯膜 95° 的接觸角相比，接觸角上升到 140°。由于電紡絲聚苯乙烯膜具有優(yōu)異的超疏水性能，因此可以假設(shè)將聚苯乙烯與其他親水材料結(jié)合起來制備納米纖維復(fù)合膜，以實(shí)現(xiàn)單向透水。雖然關(guān)于單向納米纖維膜的研究很多，但很少有人利用 PS 通過電紡絲制備單向透水的復(fù)合膜。PS 復(fù)合納米纖維為制備具有單向透水性能的材料提供了可能。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）具有出色的強(qiáng)度、耐化學(xué)性、透明度、可加工性和尺寸穩(wěn)定性，是服裝業(yè)和非纖維用途中最重要的材料之一。雖然 PET 的親水性相對(duì)較低，但用強(qiáng)堿水解后親水性很容易增強(qiáng)。因此，水解 PET 通常被用作親水性材料。

此外，AgNPs、CuNPs、AuNPs、TiO2 納米粒子、ZnO 納米粒子、MgO 納米粒子和CuO 納米粒子等金屬和金屬氧化物納米粒子也被成功地加入電紡絲膜中，用于空氣過濾、抗菌、光催化和光學(xué)傳感等。在上述研究中，通過控制這些納米粒子的濃度，成功制備出了直徑小、孔隙率高的納米纖維復(fù)合膜，從而提高了電紡納米纖維膜的功能。在這些納米粒子中，銀納米粒子（AgNPs）具有廣譜、高效的抗菌特性，是目前治療創(chuàng)傷和燒傷應(yīng)用最廣泛的人工納米材料之一。此外，人們還成功地將 AgNPs 加入聚合物基質(zhì)中，制備出抗菌性能更強(qiáng)的含 AgNP 的電紡膜。然而，將 AgNPs 加入電紡 PS 復(fù)合納米纖維的研究卻鮮有報(bào)道。因此，基于單向透水性能，AgNPs-PS/PET 納米纖維復(fù)合膜的抗菌性能可能會(huì)得到改善。

本研究采用不同的 AgNO3 添加量設(shè)計(jì)并制備了 AgNPs-PS/PET 納米纖維復(fù)合膜，通過電紡絲實(shí)現(xiàn)單向透水。研究并討論了所制備的 AgNPs-PS/PET 納米纖維復(fù)合膜的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和疏水性。此外，還測(cè)試了 AgNPs-PS 電紡絲溶液的粘度和電導(dǎo)率對(duì)膜形態(tài)的重要影響因素。此外，AgNPs-PS/PET 膜單向透水的特性、過程和機(jī)制也得到了展示和證明。

二、摘要

本研究通過電紡絲技術(shù)制備了由不同添加量銀納米粒子（AgNPs）的疏水性聚苯乙烯（PS）和親水性水解聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）組成的復(fù)合納米纖維膜（AgNPs-PS/PET），以實(shí)現(xiàn)單向透水功能。AgNO3的添加量分別為0 wt%、0.5 wt%、1.0 wt%和1.5 wt%。掃描電子顯微鏡（SEM）、X 射線能量色散光譜（EDS）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì) AgNPs-PS/PET 復(fù)合納米纖維的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。掃描電子顯微鏡圖像顯示，復(fù)合材料的纖維在電紡絲過程中是連續(xù)均勻的。使用 EDS 和 TEM 對(duì)納米纖維中分散的 Ag 納米粒子的存在和含量進(jìn)行了研究。使用靜態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試了接觸角（CA），以說明納米纖維復(fù)合膜的潤(rùn)濕性，并記錄了單向滲水的過程。同時(shí)，分析了單向滲水的機(jī)理。此外，還研究了電紡絲溶液的粘度和電導(dǎo)率。最終，確定了 AgNO3 的最佳添加量（1.0 wt%），所制備的 AgNPs-PS/PET 復(fù)合納米纖維膜能夠?qū)崿F(xiàn)單向透水功能。這些薄膜具有應(yīng)用于智能紡織品、單向集水和傷口包扎的潛力。

三、結(jié)論

總之，利用電紡絲法制備的含有 AgNPs 的 PS-PET 復(fù)合材料成功制備了具有單向透水功能的混合納米纖維膜。從復(fù)合膜的 AgNPs-PS 側(cè)來看，所有添加 AgNO3 的復(fù)合材料的形貌都比較平滑，具有連續(xù)、均勻的納米纖維。當(dāng) AgNO3 的添加量為 1.0 wt% 時(shí)，得到的納米纖維最細(xì)，平均直徑最大，這是由于添加 AgNO3 對(duì)電紡絲溶液的粘度和導(dǎo)電性產(chǎn)生了影響。通過 EDS 和 TEM 結(jié)果表明，納米纖維復(fù)合材料中成功引入了 Ag 納米粒子。通過設(shè)計(jì)復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)并測(cè)試接觸角和滲透時(shí)間，AgNPs-PS/PET 復(fù)合材料可以被認(rèn)為是疏水性的。疏水性 AgNPs-PS 膜與親水性 PET 膜的接觸角大于 90°。結(jié)果，疏水-親水復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了水的單向滲透功能（圖 2）。單向滲透的機(jī)理也得到了相應(yīng)的討論。此外，所制備的復(fù)合材料有望用于傷口敷料和自清潔裝置。此外，所制備的具有單向滲透特性的 AgNPs-PS/PET 納米纖維復(fù)合膜還可應(yīng)用于傷口敷料和自清潔裝置。

圖1.電紡絲裝置。

 

圖2.AgNO3-PS/PET 復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)圖。