Electrospinning Ethanol–Water Solutions of Poly(Acrylic Acid): Nonlinear Viscosity Variations and Dynamic Taylor Cone Behavior

静电纺丝 材料科学 溶剂 粘度 化学工程 溶解 丙烯酸 混合(物理) 聚合物 高分子化学 单体 复合材料 有机化学 化学 工程类 物理 量子力学
作者
Shameek Vats,Lawrence W. Honaker,Margaret W. Frey,Francesco Basoli,Jan P. F. Lagerwall
出处
期刊:Macromolecular Materials and Engineering [Wiley]
卷期号:307 (2) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/mame.202100640
摘要

Abstract Electrospinning of polymer solutions is a multifaceted process that depends on the careful balancing of many parameters to achieve a desired outcome, in many cases including mixtures of multiple solvents. A systematic study of how the solution viscosity —a good probe of solvent–polymer interactions—and the electrospinnability change when poly(acrylic acid) (PAA) is dissolved in ethanol–water mixtures at varying mixing ratio is carried out. A pronounced maximum is found in at a water‐to‐ethanol molar ratio of about 2:1, where the solvent mixture deviates maximally from ideal mixing behavior and partial deprotonation of carboxyl groups by water coincides synergistically with dissolution of the uncharged protonated PAA fraction by ethanol. The PAA concentration is tuned as a function of water–ethanol ratio to obtain a common value of for all solvent mixtures that is suitable for electrospinning. For high PAA content, the Taylor cone grows in volume over time despite minimum solution flow rate, even experiencing surface gelation for ethanol‐rich solutions. This is attributed to the hygroscopic nature of PAA, drawing excess water into the Taylor cone from the air during spinning.

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