CN101718004B - 静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用静电纺丝法制备聚丙烯酰胺超细纤维的方法。该方法采用戊二醛作为交联剂对PAM进行交联以提高其分子量，通过对一系列工艺参数(如交联剂用量、纺丝液浓度、纺丝电压、接收距离等)的探索研究，提出了最佳工艺参数，制备了直径分布为80～200nm的聚丙烯酰胺超细纤维，该超细纤维较其它PAM材料更适用于膜材料、细胞组织支撑体以及其它生物医用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备交联聚丙烯酰胺(PAM)超细纤维的方法，特别是一种采用静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺(PAM)超细纤维的方法。
背景技术
目前，设计和制备一维的纳米尺度的材料(纳米线、纳米管、纳米棒等)引起了科学的广泛关注。这些在实际生活中具有潜在应用价值的纳米结构材料，有望能够表现出良好的光学和电学稳定性以及力学性能。例如，发光二极管，太阳能电池，高效过滤器(HEF)以及药物输送材料等(Jenekhe S A，Alam MM，Zhu Y，et al.Single-molecule nanomaterials fromπ-stacked side-chain conjugated polymers[J].Adv Mater，2007，19(4)：5362542.)。
近年来，全球很多课题组都在利用高压静电纺丝技术制备超细材料(孟庆杰，张兴祥.静电法超细纤维的性能与应用研究[J].高分子材料科学与工程，2004，20(6)：15-19.)。目前已有20多种高聚物应用该技术制成超细纤维，主要包括聚环氧乙烯、尼龙、聚酯、聚乙炔、聚氧乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。Deitzel等人(Deitzel JM，KleinmeyerJ D，et al.Po lymer，2001，42：8163～8170.)对PEO的静电纺丝过程做了细致的研究；Fong等人(Fong H，L iu W D，et al.Polymer，2002，43：775～780.)将尼龙6溶解在HFIP和DMF的混合溶液中进行静电纺丝，得到平均直径为180nm的无纺布。Yoshimoto等人(Yoshimoto H，Sh inYM，et al.Biomaterials，2003，24(12)：2077～2082.)将PCL溶解于氯仿中用静电纺丝纺得直径在200nm～600nm的无纺布。另外，在专利WO127365；WO250346；US2002175449；US2002084178；CN1873064A；CN101220524A中都描述了采用静电纺丝制备聚合物超细纤维，制备的纤维的直径分布为150～400nm。
聚丙烯酰胺(PAM)由丙烯酰胺单体聚合而成，是一种水溶性线型高分子物质。单体丙烯酰胺化学性质非常活泼，在双键及酰胺基处可进行一系列的化学反应，采用不同的工艺，引入不同的官能基团，可以得到不同电荷产品：阴离子、阳离子、非离子、两性离子聚丙烯酰胺。PAM以其亲水性、优良的生物相容性、非特异吸附性和易于功能化构成了独特的一族，广泛用于水处理、选矿、造纸工业、生物分离和药物缓释等多个领域(US.4224427；US.4548990；V.F.Kurenkov，polymericmaterialsEncyclopedia，1996，CRCPress，Inc；J.Turkova.Elsevier，Amsterdam.b1982，513-528)。但是现今关于聚丙烯酰胺产品大都为胶状、粉状及胶乳，而关于聚丙烯酰胺超细纤维却鲜有报道。
发明内容
发明的目的在于提供一种静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺(PAM)超细纤维的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将质量百分比浓度为25％的交联剂戊二醛的水溶液，滴加到质量百分比浓度为10％～20％的聚丙烯酰胺水溶液中，其中用量交联剂戊二醛的质量为聚丙烯酰胺质量的1％～5％，得到交联聚丙烯酰胺纺丝液；采用静电纺丝法对该纺丝液进行纺丝，控制纺丝电压为20～30kV，接收距离为10～16cm；即得到交联聚丙烯酰胺超细纤维。
上述的聚丙烯酰胺的质量百分比浓度为16％。
上述的纺丝电压为23kV。
上述的接收距离为13cm。
上述的交联剂戊二醛的质量为聚丙烯酰胺的2％。
上述的交联聚丙烯酰胺超细纤维的直径分布为80～200nm。
本发明采用静电纺丝法来制备聚丙烯酰胺(PAM)超细纤维，并且采用戊二醛作为交联剂对PAM进行交联以提高其分子量，通过对一系列工艺参数(如交联剂用量、纺丝液浓度、纺丝电压、接收距离等)的探索研究，提出了最佳工艺参数，制备了直径分布为80～200nm的交联聚丙烯酰胺超细纤维。该纤维较其它PAM材料更适用于膜材料、细胞组织支撑体以及其它生物医用领域。
附图说明：
图1为本发明实施例二制备的交联聚丙烯酰胺超细纤维的扫描电镜图。
图2为本发明实施例三制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图3为本发明实施例四制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图4为本发明实施例五制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图5为本发明实施例六制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图6为本发明实施例七制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图7为本发明实施例九制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图8为本发明实施例十制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
图9为本发明实施例十二制备的交联PAM超细纤维的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
高聚物熔体或溶液在高压静电场的作用下，由于电荷之间产生静电斥力，当静电斥力小于或等于液体表面张力时，液体在喷口处形成圆锥状，称为“Taylor cone”，静电斥力大于表面张力时，液体从喷口处喷出，形成稳定的细流，溶剂挥发，纤维逐渐变细，在收集网上收集并固化，形成超细纤维杂乱无章排列的薄层。
实施例一：在三口瓶中加入10g丙烯酰胺，再加入90g去离子水，通入氮气保护，加热至30℃溶解，同时将0.05g的过硫酸铵溶解于10g去离子水中，等丙烯酰胺溶解于去离子水中后，将所配的过硫酸铵水溶液加入三口瓶中，搅拌并升温至90℃，保温聚合3小时。通过蒸发溶剂配制质量百分比浓度分别为12wt％、14wt％、16wt％、18wt％的聚丙烯酰胺PAM水溶液，再将质量百分比浓度为25％的戊二醛水溶液，室温下逐滴加入到PAM溶液中，其中戊二醛的质量为聚丙烯酰胺质量的2％。得到交联PAM纺丝液待用。
实施例二：将实施例一中用质量百分比浓度为12％的聚丙烯酰胺PAM水溶液配制成交联PAM纺丝液，用静电纺丝装置进行纺丝，纺丝电压为23kV，接收距离为13cm。制得的PAM超细纤维于高温烘箱内230℃下处理24h。纺得的纤维的形貌见附图1。有很多珠串结构，纤维直径分布极不均匀，无法测得纤维直径。
实施例三：本实施例与实施例二基本相同，所不同的是：用质量百分比浓度为14％的聚丙烯酰胺PAM水溶液配制成交联PAM纺丝液，纺得的纤维的形貌见图2。有若干珠串结构，纤维直径为：120nm。
实施例四：本实施例与实施例二基本相同，所不同的是：用质量百分比浓度为16％的聚丙烯酰胺PAM水溶液配制成交联PAM纺丝液，纺得的纤维的形貌见图3。得到直径分布均一的纤维，测得平均直径为：100nm。
实施例五：本实施例与实施例二基本相同，所不同的是：用质量百分比浓度为18％的聚
丙烯酰胺PAM水溶液配制成交联PAM纺丝液，纺得的纤维的形貌见图4。纤维直径为：100nm，但是纤维与纤维之间出现粘结现象。
实施例六：本实施例与实施例四基本相同，所不同的是：纺丝电压为17kV，纺得的纤维的形貌见图5。纤维直径为：180nm。
实施例七：本实施例与实施例四基本相同，所不同的是：纺丝电压为20kV，纺得的纤维的形貌见图6。纤维直径为：160nm。
实施例八：本实施例与实施例六基本相同，所不同的是：纺丝电压为27kV，纺得的纤维的形貌见图7。纤维直径为：130nm。
实施例九：本实施例与实施例四基本相同，所不同的是：接受距离为10cm，纺得的纤维形貌见图8。纤维直径为：130nm。
实施例十：本实施例与实施例四基本相同，所不同的是：接受距离为16cm，纺得的纤维形貌见图9。纤维直径为：80nm，但是同一面积上收集到的纤维较少。
通过对上述在不同工艺参数下静电纺丝得到的PAM超细纤维的扫描电镜图分析，我们得出最佳工艺参数为：交联剂戊二醛的用量为2％(相对于PAM)，PAM质量分数16wt％，纺丝电压23kV，收集距离13cm，在该工艺参数下进行静电纺丝，最终成功制备粗细均匀的交联PAM超细纤维，直径分布为80～200nm。上述对实例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易的对这些实施实例做出各种修改，并把在此说明的一般性原理应用在其它应用实例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将质量百分比浓度为25％的交联剂戊二醛的水溶液，滴加到质量百分比浓度为10％～20％的聚丙烯酰胺水溶液中，其中用量交联剂戊二醛的质量为聚丙烯酰胺质量的1％～5％，得到交联聚丙烯酰胺纺丝液；采用静电纺丝法对该纺丝液进行纺丝，控制纺丝电压为20～30kV，接收距离为10～16cm；即得到交联聚丙烯酰胺超细纤维。
2.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于所述的聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度为16％。
3.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于所述的纺丝电压为23kV。
4.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于所述的接收距离为13cm。
5.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于所述的交联剂戊二醛的质量为聚丙烯酰胺的2％。
6.根据权利要求1所述的静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法，其特征在于所述的交联聚丙烯酰胺超细纤维的直径分布为80～200nm。
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