專利名稱：同軸靜電混紡PVP/CS/Fe₃O₄納米纖維膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米纖維膜的制備領(lǐng)域，特別涉及一種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法。
背景技術(shù)：
靜電紡絲法是一種制備超細(xì)纖維的重要方法。與傳統(tǒng)的方法有著明顯的不同，它將聚合物溶液或熔體帶上幾千至幾萬伏高壓靜電，帶電的聚合物液滴在電場力的作用下被拉伸。當(dāng)電場力足夠大時(shí)，聚合物液滴可克服表面張力形成噴射細(xì)流。細(xì)流在噴射過程中溶劑蒸發(fā)或固化，最終落在接收裝置上，形成了類似無紡布狀的纖維氈。用靜電紡絲法制得的纖維比傳統(tǒng)紡絲方法細(xì)得多，直徑一般在數(shù)十納米到數(shù)百納米。同軸靜電紡絲與傳統(tǒng)靜電紡的原理一樣，區(qū)別在于同軸靜電紡所使用紡絲頭的是兩個(gè)大小不一平行排列內(nèi)套在一起的兩個(gè)紡絲頭，如圖I所示。同軸靜電紡可以將兩種性質(zhì)不同的聚合物分別作為芯層和殼層材質(zhì)，制備出具有“核-殼”結(jié)構(gòu)的纖維。同軸靜電紡可以將對外界環(huán)境敏感的物質(zhì)，如藥物、蛋白、無機(jī)分子等作為芯層材質(zhì)，以避免接觸外界環(huán)境，提高其穩(wěn)定性。同軸靜電紡制備的纖維，由于具有特殊的結(jié)構(gòu)，在組織工程、藥物緩釋、電極材料、催化載體和傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用。殼聚糖(CS)是天然聚合物，分子中含有極強(qiáng)的反應(yīng)活性基團(tuán)氨基與羥基，具有優(yōu)良的耐溶劑性和耐堿性等優(yōu)點(diǎn)。磁性納米粒子具有良好的順磁性和生物安全性。由于殼聚糖和磁性納米粒子的溶解性不同，二者的混紡比較困難，同軸靜電紡可以解決這一難題，制備出二者的復(fù)合纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，該方法操作簡單，耗時(shí)較少；所使用的原材料廉價(jià)易得，所制得的膜本身含有豐富的可反應(yīng)親水功能基團(tuán)，具有應(yīng)用其做后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析的潛力。本發(fā)明的一種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，包括(I)將乙醇和甲酸按體積比I : 1-1 9混合，超聲振蕩30_60min后，冷卻得混合溶液；將質(zhì)量比為I : 1-1 9的殼聚糖和聚乙烯吡咯烷酮加入混合溶液中，繼續(xù)攪拌至完全溶脹，在40-80°C下水浴反應(yīng)15-30h，振蕩至完全溶解，作為殼層紡絲液；(2)將質(zhì)量比為I : 1-1 9的Fe3O4和聚乙烯吡咯烷酮在攪拌下加入無水乙醇，攪拌至完全溶脹，作為芯層紡絲液；(3)用注射器分別抽取上述殼層和芯層紡絲液，進(jìn)行靜電紡絲，將收集到的納米纖維干燥，即得。所述步驟⑴中的聚乙烯吡咯烷酮分子量為I. 3X106。所述步驟(I)中的殼聚糖經(jīng)濃堿預(yù)處理。所述步驟(2)中的攪拌為機(jī)械攪拌與超聲處理間隔進(jìn)行。
所述步驟(3)中的注射器的規(guī)格為5ml，針頭內(nèi)徑為O. 7mm。所述步驟(3)中的靜電紡絲具體エ藝參數(shù)為噴出流速O. 5-3ml/h,電壓12-20KV，針頭與接收屏的距離為10-25cm，接收屏采用鋁箔接地接收。所述步驟(3)中的干燥的溫度為50_60°C，干燥的時(shí)間為2-3天。所述步驟(3)中的PVP/CS/Fe304納米纖維膜的直徑為350_900nm。本發(fā)明充分考慮到聚こ烯吡咯烷酮的優(yōu)點(diǎn)，以聚こ烯吡咯烷酮為主要紡絲材料，并摻入殼聚糖，作為殼層材料，磁性納米粒子與聚こ烯吡咯烷酮混合，作為芯層材料，通過摸索溶劑及相關(guān)紡絲條件參數(shù)，成功制備了復(fù)合纖維。有益.效果(I)本發(fā)明的方法操作簡單，耗時(shí)較少，可在短時(shí)間內(nèi)獲得直徑和孔徑在納米級的膜材料；(2)本發(fā)明所使用的原材料廉價(jià)易得，所制得的膜本身含有豐富的可反應(yīng)親水功能基團(tuán)，具有應(yīng)用其做后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析的潛力。


圖I為同軸靜電紡絲裝置示意圖；圖2為不同F(xiàn)e3O4含量的復(fù)合納米纖維膜的SEM照片；(a)0wt% ；(b)0. 5wt % ；(c) Iwt % ； (d) 2wt% ；圖3 為不同 Fe3O4 含量的紅外光譜；(a) Owt % ； (b) O. 5wt% ； (c) Iwt % ； (d) 2wt% ；圖4為不同F(xiàn)e3O4含量的復(fù)合納米纖維膜的VSM照片；(a)0.5wt% ； (b) Iwt % ；(c) 2wt%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例I量取9ml無水こ醇、Iml甲酸置于燒杯中，將裝有溶劑的燒杯放在冰水中冷卻；稱量O. 9g聚こ烯吡咯烷酮(1.3X106)、0. Ig殼聚糖粉末在攪拌下慢慢加到溶劑中，繼續(xù)攪拌25min至完全溶脹；將燒杯放在水浴中，在回流冷凝下慢慢加熱至80°C，振蕩24h至完全溶解，聚合物溶液呈透明狀，作為殼層紡絲液。量取IOml無水こ醇置于燒杯中，將裝有溶劑的燒杯放在冰水中冷卻；稱量IgPVP/Fe304 (PVP和Fe3O4的質(zhì)量比為9 I)溶于無水こ醇中，配置不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液100/0，95/5，90/10，80/20，在攪拌下慢慢加到溶劑中，強(qiáng)カ機(jī)械攪拌20min至完全溶脹，再超聲處理；機(jī)械攪拌與超聲處理交替進(jìn)行，至完全溶解，作為芯層紡絲液。
溶液配制好后，用注射器(針頭內(nèi)徑為O. 7mm)分別抽取5ml的紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上，在流速為O. 5ml/h,電壓為12KV,接收距離為15cm條件下進(jìn)行電紡,將收集至IJ的膜50°C干燥2天備用，PVP/CS/Fe304納米纖維膜的直徑為350nm。
實(shí)施例2 實(shí)施例I復(fù)合納米纖維膜表面形貌分析米用日本JEOL公司的JSM-5600LV掃描電子顯微鏡對制備好的復(fù)合合納米纖維膜表面進(jìn)行觀察，觀察前噴金處理30-60s。結(jié)果見圖2。實(shí)施例I復(fù)合納米纖維膜紅外圖譜分析采用美國Thermo Fisher公司的Nicolet Nexus 670型傅里葉紅外光譜儀對制備好的復(fù)合納米纖維膜的紅外光譜(FT-IR)進(jìn)行分析。結(jié)果見圖3。實(shí)施例I復(fù)合納米纖維膜磁性能分析采用美國Princeton Applied Research公司的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)于300K對制備好的復(fù)合納米纖維膜的磁性進(jìn)行測試。結(jié)果見圖4。 實(shí)施例3量取Iml無水乙醇、Iml甲酸置于燒杯中，將裝有溶劑的燒杯放在冰水中冷卻；稱量O. Ig聚乙烯吡咯烷酮(1.3X106)、0. Ig殼聚糖粉末在攪拌下慢慢加到溶劑中，繼續(xù)攪拌25min至完全溶脹；將燒杯放在水浴中，在回流冷凝下慢慢加熱至40°C，振蕩24h至完全溶解，聚合物溶液呈透明狀，作為殼層紡絲液。量取IOml無水乙醇置于燒杯中，將裝有溶劑的燒杯放在冰水中冷卻；稱量IgPVP/Fe304 (PVP和Fe3O4的質(zhì)量比為I : I)溶于無水乙醇中，配置不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液100/0，95/5，90/10，80/20，在攪拌下慢慢加到溶劑中，強(qiáng)力機(jī)械攪拌30min至完全溶脹，再超聲處理；機(jī)械攪拌與超聲處理交替進(jìn)行，至完全溶解，作為芯層紡絲液。溶液配制好后，用注射器(針頭內(nèi)徑為O. 7mm)分別抽取5ml的紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上，在流速為3ml/h，電壓為20KV，接收距離為25cm條件下進(jìn)行電紡，將收集到的膜60°C干燥3天備用，PVP/CS/Fe304納米纖維膜的直徑為900nm。
權(quán)利要求
1.ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，包括 (1)將こ醇和甲酸按體積比I: 1-1 9混合，超聲振蕩30-60min后，冷卻得混合溶液；將質(zhì)量比為I : 1-1 9的殼聚糖和聚こ烯吡咯烷酮加入混合溶液中，繼續(xù)攪拌至完全溶脹，在40-80°C下水浴反應(yīng)15-30h，振蕩至完全溶解，作為殼層紡絲液； (2)將質(zhì)量比為I: 1-1 9的Fe3O4和聚こ烯吡咯烷酮在攪拌下加入無水こ醇，攪拌至完全溶脹，作為芯層紡絲液； (3)用注射器分別抽取上述殼層和芯層紡絲液，進(jìn)行靜電紡絲，將收集到的納米纖維干燥，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在于所述步驟(I)中的聚こ烯吡咯烷酮分子量為I. 3X106。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在于所述步驟(I)中的殼聚糖經(jīng)濃堿預(yù)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在干所述步驟(2)中的攪拌為機(jī)械攪拌與超聲處理間隔進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在于所述步驟(3)中的注射器的規(guī)格為5ml，針頭內(nèi)徑為O. 7mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在于所述步驟(3)中的靜電紡絲具體エ藝參數(shù)為噴出流速O. 5-3ml/h,電壓12-20KV，針頭與接收屏的距離為10-25cm，接收屏采用鋁箔接地接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在于所述步驟(3)中的干燥的溫度為50-60°C，干燥的時(shí)間為2-3天。
8.根據(jù)權(quán)利要求I中的ー種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe304納米纖維膜的方法，其特征在于所述步驟(3)中的PVP/CS/Fe304納米纖維膜的直徑為350_900nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同軸靜電混紡PVP/CS/Fe3O4納米纖維膜的方法，包括(1)將乙醇和甲酸混合，超聲振蕩30-60min后，冷卻得混合溶液；將殼聚糖和聚乙烯吡咯烷酮加入混合溶液中，繼續(xù)攪拌至完全溶脹，在40-80℃下水浴反應(yīng)15-30h，振蕩至完全溶解，作為殼層紡絲液；(2)將Fe3O4和聚乙烯吡咯烷酮在攪拌下加入無水乙醇，攪拌至完全溶脹，作為芯層紡絲液；(3)用注射器分別抽取上述殼層和芯層紡絲液，進(jìn)行靜電紡絲，將收集到的納米纖維干燥，即得。本發(fā)明的方法操作簡單，耗時(shí)較少；所使用的原材料廉價(jià)易得，所制得的膜本身含有豐富的可反應(yīng)親水功能基團(tuán)，具有應(yīng)用其做后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析的潛力。
文檔編號D01F8/10GK102660798SQ20121013329
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者朱利民, 王斌, 聶華麗 申請人:東華大學(xué)