静电纺丝制备壳聚糖/聚乙烯醇超细纤维的研究
时间:2005-10-14
张园园, 黄小波,袁晓燕*
(天津大学材料科学与工程学院,天津300072,Email: yuanxy@tju.edu.cn)
静电纺丝是制备超细纤维的一种重要方法,得到的电纺纤维具有直径小(几纳米至几微米)、比表面积高等特点。静电纺丝过程是将具有一定粘度的高分子溶液或熔体置于带有金属毛细管喷头的装置中,在高压电场的作用下,处于喷口的液滴克服表面张力形成喷丝细流,在到达接收装置之前,细流不断分裂细化及溶剂挥发, 最后形成电纺纤维。若液体在连续的推动供给下,可得到一定厚度的超细纤维膜。
壳聚糖(chitosan)是甲壳素部分脱乙酰基的产物,是至今发现的唯一阳离子多糖,具有良好的生物活性、生物相容性及生物降解性。聚乙烯醇(PVA)是分子结构规整、分子链柔顺的水溶性高分子,具有良好的化学稳定性、生物可降解性生物亲和性。对壳聚糖溶液纺丝的研究很多, 但有关壳聚糖静电纺丝的文章很少[1]。由于壳聚糖的乙酸溶液不能静电纺丝,选用与壳聚糖共混的聚乙烯醇作为第二组分, 以期通过两种分子间强烈的氢键及良好的相容性来改善壳聚糖可电纺性,得到电纺纤维[2]。
以2wt%乙酸为溶剂,配制壳聚糖( n =2.0´105, 脱乙酰度=90%)和PVA(醇解度=98%,聚合度 = 1750)的混和纺丝溶液,考查了共混溶液浓度c (wt%)、壳聚糖/ PVA的质量配比r、过程参数(静电压V、接收距离d、流速f)对溶液的可纺性及纤维形貌的影响。在配比r =50/50下,溶液浓度在4wt%时只能得到大量的珠滴,当浓度增大到6 wt %时则产生细小的纤维,浓度为7 wt %时,产生的纤维很多且直径范围小于100 nm, 而纤维中珠滴尺寸也有所变小。浓度再增大,纺丝不能进行。溶液的粘度和电导率都随着浓度的增加而增加,适合纺丝的溶液粘度小于100 cP (Table 1)。
壳聚糖/PVA的配比r为20/80,40/60,50/50,60/40和80/20时,随着壳聚糖在共混溶液中比例增大,溶液粘度也增加,当r=40/60时,纺丝速度和纤维形貌达到最佳。当r增至80/20时, 纺丝难度增大,不再有纤维产生, 结果如图1所示。
静电压V、接收距离d和流速f在实验中的操作范围是10~20 kV、5~15 cm、 0.1~0.4ml/h,过程参数的变化只能优化纺丝效果,而不能将原不可电纺的溶液电纺出纤维。
致谢: 本工作得到国家自然科学基金资助(50273027),
联系人:袁晓燕
参考文献:
[1] Duan B, Dong CH, Yuan XY, Yao KD, Electrospinning of Chitosan Solutions in Acetic Acid with Poly(Ethylene Oxide),J Biomat Sci-Polym Ed, in press.
[2] Zheng H, Du YM, Yu JH, Huang RH, Zhang L, Preparation and charaterization of chitosan/poly(vinyl alcohol) blend fibers, J Appl Polym Sci, 2001, 80 (13): 2558-2565.
论文来源:2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集