基于多针静电纺丝的速溶型纳米纤维面膜的制备研究

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我国面膜市场迅速扩张,据预测我国面膜市场规模在未来五年内年均增速约为15%,到2023年将突破450亿元。普通面膜大多使用普通非织造布面料作为面膜基布搭配精华液使用,一般添加防腐剂,同时易受外部环境的影响,很容易被氧化,导致面膜变质,产生皮肤过敏反应。此外,传统面膜存在与皮肤贴合度较差、透气性差、营养液吸收不充分和容易滴液等问题。而纳米纤维面膜的出现不仅解决了这些问题,还满足消费者日益增长的需求,在不断向面膜高端化发展。因此,结合静电纺丝技术研制一种可大规模制备的固态无防腐新型速溶纳米纤维面膜,对占有高端面膜类产品市场具有重大意义。本文设计与搭建了一种梯形排布方式的多针静电纺丝装置,通过对喷头模块进行仿真分析与优化,提高了多射流的稳定性,并使用该装置深入探究纳米纤维速溶面膜的制备工艺,最后综合分析纳米纤维面膜的性能,得到了一种新型速溶纳米纤维保湿面膜。本论文的主要研究工作如下:(1)分析了多针静电纺丝装置的功能需求,确定并选择了装置中所需的关键模块:多针头喷头模块、供液模块、高压电源模块、收集模块和环境控制模块。针对单针静电纺丝装置成膜不均匀和产量小等问题,成功搭建了一种梯形排布方式的多针静电纺丝装置并详细阐述了其工作步骤,实现了纳米纤维面膜的高效生产,进一步推动了纳米纤维面膜的产业化应用。(2)研究了多射流静电纺丝针尖电场出现的边缘现象,并使用COMSOL Multiphysics5.6a软件对多针静电纺丝装置的多针头模块建模,通过对双列线性、等边三角形、等腰梯形排布等结构喷头的电场仿真,探究了不同排布方式对针尖电场均匀性的影响规律,确立了拥有比较均匀电场的等腰梯形多针头排布方式。基于以上研究,又分析了不同针头半径、电压和收集距离三个参数对等腰梯形排布方式的多针电场的影响规律,提高多射流的稳定性。(3)基于该多针静电纺丝装置,研制了PEO/胶原蛋白肽新型纳米纤维面膜,并探究了不同纺丝溶液混合比例、纺丝电压、收集距离以及供液速度对PEO/胶原蛋白肽新型纳米纤维面膜微观形貌的影响规律,当使用纺丝液为20%胶原蛋白肽溶液,纺丝电压为30k V,收集距离为19cm,供液速度为130ml/h的工艺条件下面膜形貌最优。(4)对制备的PEO/胶原蛋白肽新型纳米纤维面膜的综合性能进行了分析。首先,对五组不同配比的PEO/胶原蛋白肽纳米纤维面膜分别进行红外光谱检测和力学性能检测,结果发现红外光谱有对应胶原蛋白的特征峰出现,证明了胶原蛋白肽成功负载在纳米纤维面膜中,纤维膜中胶原蛋白肽的比例及纤维的直径都会影响PEO/胶原蛋白肽纤维膜的力学性能;接着对5组不同配比和4组配比相同但厚度不同的PEO/胶原蛋白肽纳米纤维面膜进行保湿性能测试,结果表明随着胶原蛋白肽添加量的增大,保湿性能越强;面膜的厚度越厚,保湿性能越好。最后探究了固态纳米纤维面膜的速溶效果,得到了瞬间溶解、皮肤可快速吸收功效分子且使用方便的新型速溶纳米纤维面膜。
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