[發(fā)明專(zhuān)利]一種將羧甲基纖維素進(jìn)行靜電紡絲制成纖維的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610342421.1
• 申請(qǐng)日: 2016-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105780184B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳德峰;陳陽(yáng);葛銀彪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D01F8/02
• 分類(lèi)號(hào): D01F8/02;D01F8/10;D01F1/10
• 代理公司: 揚(yáng)州市錦江專(zhuān)利事務(wù)所32106
• 代理人: 江平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及生物可降解納米材料及靜電紡絲的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

靜電紡絲法是一種高效制備納米纖維的技術(shù)，形成非牛頓流體的高聚物或熔融體在突破高壓靜電力的作用下，形成納米纖維，只有具有非穩(wěn)定性的非牛頓流體才能進(jìn)行靜電紡絲，這是該方法的基本特征之一。不僅可將多種合成和天然聚合物電紡成單一納米纖維，還可以得到復(fù)合納米纖維材料，例如同軸紡絲、三軸紡絲、多層交叉紡絲等技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了該技術(shù)的快速發(fā)展。

由于納米纖維材料性能的優(yōu)良特性，在膜過(guò)濾器、組織工程支架、生物工程、臨床醫(yī)學(xué)、超敏傳感器、鋰電池材料和超級(jí)電容器等方面具有巨大的研究?jī)r(jià)值、然而，目前能進(jìn)行靜電紡絲的常用聚合物種類(lèi)還相對(duì)較少，主要集中在聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，而對(duì)多糖類(lèi)物質(zhì)和天然聚合物的靜電紡絲研究一直是該領(lǐng)域的難點(diǎn)，極度限制了靜電紡絲研究的進(jìn)一步發(fā)展。

纖維素及衍生物是最有規(guī)模前景的資源之一，具有其他材料無(wú)法比擬的研究?jī)r(jià)值，該類(lèi)材料已經(jīng)在靜電紡絲研究方面受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。被稱(chēng)為“工業(yè)味精”的羧甲基纖維素（CMC）有著其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它成本低，易水溶、環(huán)境友好、工藝簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于石油、涂料、食品、膜材料、陶瓷、醫(yī)藥、電池、航天航空材料等領(lǐng)域。但由于它自身結(jié)構(gòu)和性能的原因，其合適的電紡絲途徑一直鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種可將羧甲基纖維素（CMC）紡成纖維的方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）將微晶纖維素和濃硫酸混合，在45℃條件下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后加入蒸餾水，取得濁液；

2）以蒸餾水離心洗滌所述濁液，轉(zhuǎn)入透析袋中，放入去離子水中透析，當(dāng)去離子水的pH值達(dá)到中性時(shí)，取得纖維素納米晶懸浮液；

3）將羧甲基纖維素（CMC）和聚乙烯醇（PVA）溶解于去離子水中，得到羧甲基纖維素（CMC）和聚乙烯醇(PVA)的混合溶液，再將混合溶液與纖維素納米晶懸浮液混合，磁力攪拌后靜置，得到去除氣泡的靜電紡絲溶液；

4）靜電紡絲：將所述靜電紡絲溶液經(jīng)靜電紡，取得纖維。

本發(fā)明步驟1）中濃硫酸的濃度是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得到的最佳濃度，45℃酸解可保證微晶纖維素得到充分的酸解，如使用更高的溫度，纖維素會(huì)在短時(shí)間內(nèi)內(nèi)碳化。而低溫會(huì)耗用更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，且產(chǎn)物尺寸不能保證均一。

本發(fā)明通過(guò)在羧甲基纖維素（CMC）水相體系中加入聚乙烯醇（PVA）溶液和酸解后的羧甲基纖維素懸浮液，有效地改善了羧甲基纖維素（CMC）的可紡性，由此得到的納米纖維直徑約為300nm，表明光潔，連續(xù)性好，粗細(xì)均勻，粗細(xì)度分散較窄。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟1）中微晶纖維素的聚合度為210～240，直徑10～20 μm，長(zhǎng)度100～200 μm。

另外，所述步驟1）中，濃硫酸和蒸餾水的混合體積比為1∶1，微晶纖維素與濃硫酸的混合比為1g∶8～15 mL。如果濃硫酸濃度過(guò)低會(huì)造成酸解不充分的狀況，濃度過(guò)高容易導(dǎo)致纖維素碳化。

所述步驟1）中，攪拌速度為200～600 r/min。若轉(zhuǎn)速過(guò)低，將無(wú)法分散纖維素使其充分酸解，若轉(zhuǎn)速過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)爬桿等不良現(xiàn)象。

所述步驟2）中每次離心10min，離心機(jī)轉(zhuǎn)速9000rmp/min。纖維素以溶脹狀態(tài)分散于水中，若轉(zhuǎn)速過(guò)低，無(wú)法將酸解不充分的纖維素離心下來(lái)，轉(zhuǎn)速達(dá)到9000就可以了，轉(zhuǎn)速過(guò)高沒(méi)有必要。

所述去除氣泡的靜電紡絲溶液中羧甲基纖維素（CMC）的質(zhì)量占比為1.0%，聚乙烯醇（PVA）的質(zhì)量占比為2.0%，納米晶纖維素（NCC）的質(zhì)量占比為0.7%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單純的納米晶纖維素（NCC）懸浮液的加入不能很好地改善CMC的可紡性，纖維表面形貌不光潔，粗細(xì)不均勻，加入適量PVA溶液后，有效拓寬了CMC的紡絲窗口，而且所得纖維直徑約為300nm，表面光潔，連續(xù)性好，粗細(xì)均勻，分散較窄。

所述步驟4）中，靜電紡時(shí)，靜電紡絲裝置的針尖與接收裝置間的距離為15cm，溶液流速為0.85ml/h，電壓為18kV，該條件下得到的纖維形貌最為理想。

附圖說(shuō)明

圖1 為實(shí)施例1制備所得纖維的光學(xué)顯微鏡照片。

圖2 為對(duì)比例1制備所得纖維的光學(xué)顯微鏡照片。

圖3 為對(duì)比例2制備所得纖維的光學(xué)顯微鏡照片。

圖4為實(shí)施例1制備所得纖維的掃描電鏡照片。

圖5為對(duì)比例1制備所得纖維的掃描電鏡照片。