靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種復(fù)合纖維薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[000引聚己締醇（PVA)是一種水溶、半結(jié)晶、無毒、可降解W及生物相容的聚合物，因此， 其具有廣泛的應(yīng)用前景。此外，聚己締醇基納米纖維已被廣泛用于組織工程支架、過濾材 料、膜材料、防護(hù)服W及藥物緩釋等方面。然而，傳統(tǒng)成膜方法得到的PVA薄膜脆性較大、 孔隙率低且熱學(xué)性能差，因而其使用也受到嚴(yán)格限制。因此，研究高效環(huán)保的PVA成膜方 法，實(shí)現(xiàn)PVA材料的高性能化，具有重要的意義。在眾多的成膜方法中，靜電紡絲法由其易 操作、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為制備高性能納米復(fù)合材料的有效途徑之一，制備得到的納米纖維具 有直徑小、高比表面積和相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將靜電紡絲技術(shù)引入PVA成膜過程，制備出 的PVA纖維薄膜具有一維納米結(jié)構(gòu)，直徑可達(dá)幾百納米，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)PVA納米復(fù)合纖維的制 備，特別是將PVA自身的醫(yī)用性質(zhì)與靜電紡絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特殊功能相結(jié)合，還可制備出具 有高孔隙度的薄膜材料。
[0003] 納米纖維素（CNCs)W其杰出的機(jī)械性能、可再生和生物降解等特性已成功制備 出高性能和廣泛應(yīng)用前景的新型納米復(fù)合材料，將其添加進(jìn)PVA基體中，由于二者共同的 親水性，使其在共混時實(shí)現(xiàn)良好的界面結(jié)合，可有效地增強(qiáng)納米復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。但 是，關(guān)于CNCs在PVA聚合物基體中的熱學(xué)性能的研究還不夠充分，亟需進(jìn)一步深入探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法制備的PVA薄膜脆性較大、孔隙率低且熱學(xué)性 能差的技術(shù)問題，提供了一種靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的方法。
[0005] 靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的方法如下：
[0006] 一、于45°C水浴條件下，采用130~220g硫酸水解20~50gMCC1~化，得到混 合溶液，加入混合溶液質(zhì)量5~10倍的去離子水稀釋混合溶液，得懸浮液，將懸浮液在4°C 靜置2化，然后收集沉降的CNCs,
[0007]將CNCs按照先離屯、、再加入5~10倍去離子水稀釋再離屯、的順序操作3次，收集 3次離屯、后的弱酸性CNC水溶液，置于透析袋中透析至抑值為7,得到CNCs溶液；
[000引 二、將30~50評VA顆粒溶于170~333g去離子水中，于80~90°C水浴鍋中攬拌 2~化至PVA顆粒全部溶解，靜置12~2化，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~20%PVA溶液，
[0009] 稱取30~70評VA水溶液與CNCs溶液混合，得到CNC添加量為5~20 %的PVA/ CNCs混合溶液，于室溫條件下磁力攬拌12~2化后，采用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)處理5~10分 鐘，得到電紡液；
[0010] S、將電紡液裝于注射器中，設(shè)置正高壓為10~30kV，負(fù)壓為-1~-3kV，推柱速 率為0. 6~1. 5mm/min，滾筒轉(zhuǎn)速為20~120巧m，電紡絲時間為2~8小時，電紡箱內(nèi)溫度 為25°C，濕度為13 %，紡絲完畢后，得到纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜。
[0011] 本發(fā)明的主要目的是克服PVA傳統(tǒng)方法成膜較脆等技術(shù)難題，公開了一種環(huán)保、 高效的新型靜電紡PVA/CNCs納米復(fù)合纖維薄膜的制備方法。該方法采用去離子水作為溶 劑，將PVA溶解后加入不同質(zhì)量的CNCs，混合均勻后對其進(jìn)行靜電紡絲。對比現(xiàn)有技術(shù)，采 用本方法制備的電紡PVA/CNCs薄膜具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[001引 1、采用環(huán)保高效的靜電紡技術(shù)解決了PVA成膜難、性能不易控制的問題；
[0013] 2、制備出表面光滑、直徑均勻的超細(xì)PVA/CNC納米復(fù)合纖維，其較高的孔隙率最 好有數(shù)值賦予了電紡PVA薄膜更優(yōu)異的使用性能；
[0014] 3、隨CNCs添加量的逐漸增加，提高了PVA/CNCs薄膜的熱學(xué)性能。本發(fā)明將拓展 靜電紡PVA/CNCs納米復(fù)合纖維薄膜技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，并為其相關(guān)研究提供了理論依據(jù)。
[0015] 采用本發(fā)明公開的方法，綠色環(huán)保、簡單高效地實(shí)現(xiàn)靜電紡PVA/CNCs納米復(fù)合纖 維薄膜的制備，所得薄膜的熱學(xué)性能提高。本發(fā)明所公布的高熱學(xué)性能納米復(fù)合纖維薄膜 制備方法，電紡液配置快，制備工藝簡單，為相關(guān)研究提供了理論依據(jù)，同時也大大地增加 了PVA的應(yīng)用范圍和使用前景，所得到的靜電紡絲產(chǎn)品可應(yīng)用于制備耐熱材料等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016] 圖1是實(shí)驗(yàn)一步驟一所得CNCs的微觀形貌圖；
[0017] 圖2是實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)五中不同CNCs添加量和尺寸的電紡液照片；
[0018] 圖3是實(shí)驗(yàn)一制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜微觀形貌結(jié)構(gòu) 圖；
[0019] 圖4是實(shí)驗(yàn)二制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜微觀形貌結(jié)構(gòu) 圖；
[0020] 圖5是實(shí)驗(yàn)=制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜微觀形貌結(jié)構(gòu) 圖；
[0021] 圖6是實(shí)驗(yàn)四制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜微觀形貌結(jié)構(gòu) 圖；
[0022] 圖7是實(shí)驗(yàn)五制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜微觀形貌結(jié)構(gòu) 圖；
[0023] 圖8是實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)五中制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的 FTIR圖譜，圖中1表示實(shí)驗(yàn)一步驟一制備的CNCs的FTIR圖譜，2表示實(shí)驗(yàn)一制備的靜電紡 PVA纖維薄膜的FTIR圖譜，3表示實(shí)驗(yàn)二制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄 膜的FTIR圖譜，4表示實(shí)驗(yàn)S制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的FTIR圖 譜，5表示實(shí)驗(yàn)四制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的FTIR圖譜，6表示實(shí) 驗(yàn)五制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的FTIR圖譜；
[0024] 圖9是實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)五中制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的 TGA曲線，圖中1表示實(shí)驗(yàn)一步驟一制備的CNCs的TGA曲線，2表示實(shí)驗(yàn)一步驟二制備的靜 電紡PVA纖維薄膜的TGA曲線，3表示實(shí)驗(yàn)二制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖 維薄膜的TGA曲線，4表示實(shí)驗(yàn)S制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的TGA 曲線，5表示實(shí)驗(yàn)四制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的TGA曲線，6表示 實(shí)驗(yàn)五制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的TGA曲線；
[00巧]圖10是實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)五中制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的DTG曲線，圖中1表示實(shí)驗(yàn)一步驟一制備的CNCs的DTG曲線，2表示實(shí)驗(yàn)一步驟二制備的靜 電紡PVA纖維薄膜的DTG曲線，3表示實(shí)驗(yàn)二制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖 維薄膜的DTG曲線，4表示實(shí)驗(yàn)S制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的DTG 曲線，5表示實(shí)驗(yàn)四制備的靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的DTG曲線，6表示 實(shí)驗(yàn)五制備的靜電紡纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的DTG曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于W下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的 任意組合。
【具體實(shí)施方式】 [0027] 一；本實(shí)施方式中靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的方 法如下：
[0028] -、于45°C水浴條件下，采用130~220g硫酸水解20~50gMCC(微晶纖維 素）1~化，得到混合溶液，加入混合溶液質(zhì)量5~10倍的去離子水稀釋混合溶液，得懸浮 液，將懸浮液在4°C靜置2化，然后收集沉降的CNCs,
[002引將CNCs按照先離屯、、再加入5~10倍去離子水稀釋再離屯、的順序操作3次，收集 3次離屯、后的弱酸性CNC水溶液，置于透析袋中透析至抑值為7,得到CNCs溶液；
[0030] 二、將30~50評VA顆粒溶于170~333g去離子水中，于80~90°C水浴鍋中攬拌 2~化至PVA顆粒全部溶解，靜置12~2化，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~20%PVA溶液，
[0031] 稱取30~70評VA水溶液與CNCs溶液混合，得到CNC添加量為5~20 %的PVA/ CNCs混合溶液，于室溫條件下磁力攬拌12~2化后，采用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)處理5~10分 鐘，得到電紡液；
[003引S、將電紡液裝于注射器中，設(shè)置正高壓為10~30kV，負(fù)壓為-1~-3kV，推柱速 率為0. 6~1. 5mm/min，滾筒轉(zhuǎn)速為20~120巧m，電紡絲時間為2~8小時，電紡箱內(nèi)溫度 為25°C，濕度為13 %，紡絲完畢后，得到纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 二；本實(shí)施方式與一不同的是步驟一中所述的硫酸的 質(zhì)量濃度為64%。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0034] 本實(shí)施方式與一或二之一不同的是步驟一中加入 混合溶液質(zhì)量8倍的去離子水稀釋混合溶液，得懸浮液。其它與一或二之一 相同。
[00巧]【具體實(shí)施方式】四；本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至=之一不同的是步驟二中于 85°C水浴鍋中攬拌。其它與【具體實(shí)施方式】一至=之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 五；本實(shí)施方式與一至四之一不同的是步驟二PVA/ CNCs混合溶液中CNC添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。其它與一至四之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0037] 六；本實(shí)施方式與一至五之一不同的是步驟二PVA/ CNCs混合溶液中CNC添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。其它與一至五之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0038] 走；本實(shí)施方式與一至六之一不同的是步驟=中正高 壓為20kV。其它與一至六之一相同。
[0039]
【具體實(shí)施方式】八；本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至走之一不同的是步驟=中負(fù)壓 為-2kV。其它與【具體實(shí)施方式】一至走之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0040] 九；本實(shí)施方式與一至八之一不同的是步驟=中推柱 速率為0. 7mm/min。其它與一至八之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0041] 十；本實(shí)施方式與一至九之一不同的是步驟=中滾筒 轉(zhuǎn)速為10化pm。其它與一至九之一相同。
[0042] 采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果：
[0043]實(shí)驗(yàn)一；
[0044] 靜電紡制備纖維素基耐熱納米復(fù)合纖維薄膜的方法如下：