在靜電紡過(guò)程中，對(duì)聚合物液體施加高電壓，使電荷被引入液體中。當(dāng)液體中的電荷聚集到一定量時(shí)，會(huì)從針頭噴出液態(tài)噴絲并形成泰勒錐。靜電紡噴絲會(huì)最終到達(dá)電勢(shì)比較低的區(qū)域，大多數(shù)情況下是接地的收集器。有很多參數(shù)會(huì)影響最終靜電紡纖維的形態(tài)，可能產(chǎn)生珠狀物纖維或多孔纖維。雖然熔融液可以用來(lái)進(jìn)行靜電紡[Lyorxs et a1．(2004-)，I—arrondo andManlev(1981a)，Larrond()and Manley(1981b)，LarroTldo and Man：[ey(1981c)J，但大多數(shù)的靜電紡使用聚合物溶液。因此，本章會(huì)重點(diǎn)討論影響聚合物溶液參數(shù)的具體細(xì)節(jié)。影響靜電紡和纖維的參數(shù)可大致分為聚合物溶液參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，聚合物溶液參數(shù)包括施加電壓、溫度、條件、收集器的影響等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的理解，可以采取不同方法制得各種形式和結(jié)構(gòu)的纖維。也可通過(guò)改變參數(shù)獲得不同形態(tài)的無(wú)塵布納米纖維。
    聚合物溶液的性質(zhì)對(duì)電紡過(guò)程和制備的纖維形態(tài)有非常重要的影響。表面張力是造成 無(wú)塵紙的纖維帶有珠狀物的部分原因。溶液的黏度和電性質(zhì)決定溶液的拉伸度，并影響靜電紡纖維的直徑。
    影響溶液黏度的因素之一是聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，一種高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物溶于一種溶劑中，其黏度會(huì)比低相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶于該溶劑的溶液的黏度高。靜電紡形成纖維的必要條件之一是溶液中必須溶有相對(duì)分子質(zhì)量足夠大的，聚合物，且溶液有足夠的黏度。靜電紡噴絲到達(dá)收集器的過(guò)程中，聚合物溶液會(huì)被拉伸。在聚合物溶液的拉伸過(guò)程中，正是由于分子鏈間的纏結(jié)，使電驅(qū)動(dòng)的噴絲不會(huì)碎裂，從而保持連續(xù)的噴絲。所以，使用聚合物單體溶液進(jìn)行靜電紡，不會(huì)形成纖維[&lchko et a1．(1999)J。
    聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量決定聚合物鏈的長(zhǎng)度，聚合物鏈的長(zhǎng)度決定溶劑中聚合物鏈的纏繞程度，進(jìn)而對(duì)溶液的黏度有影響。增加溶液黏度的另一種方法是提高聚合物濃度。與增加相對(duì)分子質(zhì)量相似，濃度的增加會(huì)使溶液中聚合物鏈的纏繞程度增加，這對(duì)靜電紡過(guò)程中保持噴絲的連續(xù)性是必要的。
    聚合物鏈的交聯(lián)對(duì)噴絲碎裂成小液滴或形成珠狀無(wú)塵布纖維有重要影響[Shel，oy et a1．(2005)]。雖然靜電紡對(duì)聚合物鏈的交聯(lián)量有最小要求，但作為靜電紡必要條件的黏度也不可太高，黏度太高會(huì)使溶液很難從注射器針頭中流出[Kamec，ka et a1．(2003)]。更重要的是，當(dāng)黏度過(guò)高時(shí)，在靜電紡開(kāi)始之前，溶液會(huì)在針頭處干燥而無(wú)法紡絲[Zh(mg et a1．(2002)J。
    許多實(shí)驗(yàn)顯示，對(duì)于任何一種聚合物溶液，想要紡出沒(méi)有珠狀物的無(wú)塵布纖維，溶液必須有最低黏度[Megelski et a1．(2002)，F(xiàn)ong et．A1．(1999)]。在低黏度時(shí)，在收集器平板上沉積的纖維上，很容易出現(xiàn)珠狀物。當(dāng)黏度增加時(shí)，珠狀物的形狀會(huì)逐漸從圓形變?yōu)榧忓N形，直到獲得平滑的無(wú)塵布纖維[Fong et a1．(1999)，Mituppatham et a1．(2004)]，如圖3．1。在黏度較低時(shí)，大量的溶劑分子和較少的鏈交聯(lián)，這意味著表面張力對(duì)靜電紡噴絲有很大影響，引起纖維上珠狀物的形成。當(dāng)黏度增加時(shí)，也就是溶液中有更多的聚合物鏈交聯(lián)時(shí)，靜電紡噴絲上的電荷可以在溶劑分子分布在聚合物鏈之問(wèn)的情況下對(duì)溶液完全拉伸。隨黏度增加，纖維的直徑也會(huì)增加[-Baumgarten(1971)，Jarusuwannapoom et a1．(2005)，Demir et a1．(2002)。Deitzel et a1．(2001b)，Megelski et a1．(2002)]。這可能是由于溶液對(duì)噴絲上的電荷引起的拉伸力的巨大反作用力[Jarusuwannapoom et a1．(2005)]。表3．1顯示了濃度對(duì)珠狀物形成的影響。
    溶液和噴絲中電荷的相互作用將決定所獲纖維直徑的分布情況。在電紡過(guò)程中，可能會(huì)有二級(jí)噴絲從主噴絲中分離出來(lái)[Rene’Ker et a1．(2000)]，而這種二級(jí)噴絲足夠穩(wěn)定到可以在
一定黏度產(chǎn)生直徑較小的 無(wú)塵紙纖維。這可能可以解釋在某些睛況下觀察到的纖維直徑分布出現(xiàn)分化的現(xiàn)象[Kitn et a1．(2()05)，[)emir et a1．(2002)，Deitzel et a1．(2001h)]。然而，當(dāng)黏度大到一定程度，就會(huì)阻礙二級(jí)噴絲從主噴絲中分化出來(lái)，這樣客觀上也增加 無(wú)塵紙纖維的直徑[Z}lao et a1．(2004)]。
    高濃度的另一個(gè)影響是較小的沉積范圍。濃度的增加意味著當(dāng)溶液從針頭噴出時(shí)；溶液高黏度可以在很長(zhǎng)一段距離內(nèi)阻礙彎曲不穩(wěn)定性的發(fā)生。因而，噴絲路徑減小且彎曲不穩(wěn)定性現(xiàn)象只在很小的范圍內(nèi)展開(kāi)[．Mitul7pat}lam et a1．(2004)]。減小的噴絲路徑也意味著溶液拉伸力的減小，導(dǎo)致形成較大的纖維直徑。
    雖然黏度在平滑纖維的形成上扮演著重要角色，但它并不能決定電紡中形成纖維的濃度值。
    對(duì)于聚氧化乙烯，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量從8×10。增加到8×10。，且黏度增加3．5倍時(shí)，產(chǎn)出平滑 無(wú)塵紙纖維的最小濃度沒(méi)有變化。此種情況下，濃度對(duì)于平滑纖維的形成更為關(guān)鍵[Morozov et a1．(1998)]。
    靜電紡的起始階段需要溶液帶電荷，以克服其表面張力。然而，在噴絲到達(dá)收集器平板的過(guò)程中，表面張力會(huì)引發(fā)噴絲上珠狀物的產(chǎn)生。表面張力具有降低單位體積液體的表面積的作用。在此種情況下，如果有高濃度的自由溶劑分子存在，就會(huì)有一種因溶劑分子聚集和表面張力而導(dǎo)致分子形成球形的趨勢(shì)。較高的黏度意味著溶劑和聚合物分子間的交聯(lián)作用變大，因此，當(dāng)溶液在電荷影響下被拉伸時(shí)，溶劑分子會(huì)趨向于鋪展在交聯(lián)的聚合物分子上，降低溶劑分子由于表面張力影響而聚集在一起的趨勢(shì)。
    譬如酒精，這種溶劑的表面張力很低，因此它可以被加入溶液，促進(jìn)平滑纖維的形成[Fong et a1．(1999)]。降低表面張力的另一種方法是在溶液中加入表面活性劑。已發(fā)現(xiàn)加入表面活性劑可以制成更均一的纖維。即使是不溶解的表面活性劑，以粉末形式分散在溶液中，纖維的形態(tài)也會(huì)得到改善[zeng et a1．(2()(]3)]。
    靜電紡涉及到由溶液表面電荷的排斥力導(dǎo)致溶液的拉伸。因此，如果溶液的導(dǎo)電性增加，
    靜電紡噴絲上會(huì)攜帶更多的電荷。在溶液中增加離子可以增加溶液的電導(dǎo)性。另外，大多數(shù)的藥物和蛋白質(zhì)在溶于水中時(shí)形成離子。如前所述，溶液如果沒(méi)有被充分拉伸，就會(huì)有珠狀物
在纖維上形成。因此，當(dāng)少量鹽或聚合電解質(zhì)加入溶液，溶液攜帶的電荷就會(huì)增加，使得溶液的拉伸度一起增長(zhǎng)，使得可能成為帶珠狀物的纖維被平滑纖維代替。溶液拉伸度的增加也會(huì)趨向于產(chǎn)生直徑較小的纖維[Zhong et a1．(2002)]。然而，纖維直徑的降低是有限度的。當(dāng)溶液被拉伸時(shí)，會(huì)有一股強(qiáng)黏彈力阻礙電荷的排斥力[Choi et a1．(2()()4a)]。
    由于離子的存在增加了溶液的電導(dǎo)性，靜電紡所需的最低電壓隨之降低[Son et a1．2()(]4c)]。電荷增加的另一個(gè)影響是形成更強(qiáng)的彎曲不穩(wěn)定性，從而纖維的沉降范圍增加[Choi et alI(2004a)]，由于噴絲路徑的增加，有利于形成更好的纖維。
    雖然有機(jī)溶劑通常被認(rèn)為沒(méi)有電導(dǎo)性，但如第二章所提到的，它們中有很多具有一定程度的電導(dǎo)性。使用高電導(dǎo)性的溶劑制備的溶液一般可以產(chǎn)生沒(méi)有珠狀物的纖維，而如果溶液電導(dǎo)性為O，則沒(méi)有纖維產(chǎn)生_Jarusuwannapoom et a1．(2005)]。表3．4顯示了靜電紡中常用溶劑的電導(dǎo)性。