CN104404635A - 一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法，其包括步骤：以质量为单位，将6～9份丙酮、1～3份二甲基乙酰胺及0.5～2份水为原料，混合后配置成溶剂；将醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体加入至上述溶剂，以每分钟升高2～5℃的加热速度缓慢加热至于60～80℃，搅拌60～120分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有1wt％～3wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液；将复合醋酸纤维素溶液冷却后，添加复合醋酸纤维素溶液质量1wt％～3wt％的碳酸氢氨，然后置于40℃的水浴中，机械搅拌进行膨化处理，即制备得到醋酸纤维素静电纺丝溶液。本发明主要通过确定静电纺丝溶液中水及硝酸银最佳含量，使静电纺丝溶液可以稳定的制备出就抗菌功能的纳米纤维素，操作简单、成本低廉。

Description

一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法
技术领域
本发明涉及静电丝纺技术领域，尤其是涉及一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法。
背景技术
醋酸纤维素(Cellulose Acetate，简写为CA，或称为乙酸纤维素，纤维素乙酸酯)是纤维素的乙酸酯，首次制备于1865年，以醋酸或醋酐在催化剂作用下进行酯化，而得到的一种热塑性树脂。醋酸纤维素用于照相胶片的片基，是某些黏合剂的组份之一，也用作合成纤维。醋酸纤维素具有原料来源丰富、易溶易熔、安全温和生物相容性好等特点，是目前制备纳米纤维的常用原料。
静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。
传统的具有喷嘴的静电纺丝技术中使用的纺丝溶液的缺点是，纺丝溶液的粘度、表面张力和导电率对静电纺丝纤维的直径大小及纺丝能否顺利进行有关键的影响(比如当纺丝溶液粘度较高时，需要较高的静电纺丝电压才能实现纺丝)，因此配置恰当的静电纺丝溶液是制备静电纺丝纤维的前提条件。
发明内容
为了克服现有技术中静电纺丝纤维的直径受纺丝溶液影响较大而不可控的缺陷，本发明提出一种操作简单、能更好控制纺丝纤维直径的醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法。
本发明采用如下技术方案实现：一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法，其包括步骤：
以质量为单位，将6～9份丙酮、1～3份二甲基乙酰胺及0.5～2份水为原料，混合后配置成溶剂；
将醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体加入至上述溶剂，以每分钟升高2～5℃的加热速度缓慢加热至于60～80℃，搅拌60～120分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有1wt％～3wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液；
将复合醋酸纤维素溶液冷却后，添加复合醋酸纤维素溶液质量1wt％～3wt％的碳酸氢氨，然后置于40℃的水浴中，机械搅拌进行膨化处理，即制备得到醋酸纤维素静电纺丝溶液。
在一个优选实施例中，以质量为单位，将8份丙酮、2份二甲基乙酰胺及1份水为原料，混合后配置成溶剂。
在一个优选实施例中，膨化处理后使复合醋酸纤维素溶液的体积膨化1～2倍。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明主要通过确定静电纺丝溶液中水及硝酸银最佳含量，使静电纺丝溶液可以稳定的制备出就抗菌功能的纳米纤维素，操作简单、成本低廉。利用本申请静电纺丝溶液制得的纳米纤维在抗菌产品、医疗及保健等产品上有较佳的应用前景。
具体实施方式
本申请提出一种操作简单、能更好控制纺丝纤维直径的醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法，包括步骤：
首先，以质量为单位，将6～9份丙酮、1～3份二甲基乙酰胺及0.5～2份水为原料，混合后配置成溶剂。
其次，将平均分子量为50000的醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体加入至上述溶剂，以每分钟升高2～5℃的加热速度缓慢加热至于60～80℃，搅拌60～120分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有1wt％～3wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液，其中醋酸纤维素在溶液中浓度为5wt％～12wt％。
再次，将复合醋酸纤维素溶液冷却后添加复合醋酸纤维素溶液质量1wt％～3wt％的碳酸氢氨作为膨化剂，将得到的复合醋酸纤维素溶液置于40℃的水浴中，机械搅拌适当时长进行膨化处理，使复合醋酸纤维素溶液的体积膨化1～2倍，即得本申请的醋酸纤维素静电纺丝溶液。
实施例1
以质量为单位，将6份丙酮、1份二甲基乙酰胺及0.5份水为原料，混合后配置成溶剂，加入醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体后，以4℃的加热速度缓慢加热至于60℃，搅拌120分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有1wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液，再加入1wt％的碳酸氢氨搅拌将容易膨化1倍。醋酸纤维素在溶液中浓度为10wt％。
将上述溶液以纺丝速度以0.6ml/h、电压15kV进行静电纺丝，纺丝溶液形成的射流稳定性一般，在电场力作用下，有极少数液滴未经充分拉伸直接甩出而难以形成静电纺丝纤维。申请人认为是硝酸银在复合醋酸纤维素溶液中的溶解度不好，在复合醋酸纤维素溶液在分散不均匀，导致静电纺丝过程中溶液所形成的射流电荷分布不均匀而纺丝稳定性一般。
将得到的静电纺丝纤维在温度60℃、真空条件下干燥，将干燥后的静电纺丝纤维在紫外光下照射4～8小时，通过紫外还原技术将银离子还原为银纳米颗粒(AgNPs)，使制备的纳米纤维具备抗菌功能。银纳米颗粒在纳米纤维上的分散性一般，粒径较大。最后测试所得到的纳米纤维的平均直径约为695nm。
实施例2
以质量为单位，将9份丙酮、3份二甲基乙酰胺及2份水为原料，混合后配置成溶剂，加入醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体后，以2℃的加热速度缓慢加热至于80℃，搅拌100分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有3wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液，再加入2wt％的碳酸氢氨搅拌将容易膨化1.5倍。醋酸纤维素在溶液中浓度为10wt％。
将上述溶液以纺丝速度以0.6ml/h、电压15kV进行静电纺丝，纺丝溶液形成的射流稳定性较佳，不会再出现上述实施例1中存在有极少数液滴未经充分拉伸直接甩出而难以形成静电纺丝纤维的现象。申请人认为，这是由于水是硝酸银的良溶剂，实施例2通过增加了水的含量，从而使复合纤维素溶液的沉积速率提高。但是，过量的水将会降低了溶剂的溶解性，且溶剂挥发较快，复合醋酸纤维素溶液易在静电纺丝设备的喷头固化并堵塞喷头。
将得到的静电纺丝纤维在温度60℃、真空条件下干燥，将干燥后的静电纺丝纤维在紫外光下照射4～8小时，通过紫外还原技术将银离子还原为银纳米颗粒(AgNPs)，使制备的纳米纤维具备抗菌功能。银纳米颗粒在纳米纤维上的分散性集中，粒径分布变窄，较实施例1得到改善。
由于复合醋酸纤维素溶液中硝酸银的含量较实施例1增加，最后所得纳米纤维的平均直径较实施例1减小，约为217nm。
实施例3
以质量为单位，将8份丙酮、2份二甲基乙酰胺及1份水为原料，混合后配置成溶剂，加入醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体后，以5℃的加热速度缓慢加热至于80℃，搅拌60分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有2wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液，再加入3wt％的碳酸氢氨搅拌将容易膨化2倍。醋酸纤维素在溶液中浓度为10wt％。
将上述溶液以纺丝速度以0.6ml/h、电压15kV进行静电纺丝，纺丝溶液形成的射流稳定性最佳，既不会再出现上述实施例1中存在有极少数液滴未经充分拉伸直接甩出而难以形成静电纺丝纤维的现象，也不会出现实施例2容易堵塞喷头的现象。申请人认为，这是由于实施例3调整了水的含量，通过合适的含水量，既考虑了提高复合纤维素溶液的沉积速率，也考虑了溶剂挥发性。
将得到的静电纺丝纤维在温度60℃、真空条件下干燥，将干燥后的静电纺丝纤维在紫外光下照射4～8小时，通过紫外还原技术将银离子还原为银纳米颗粒(AgNPs)，使制备的纳米纤维具备抗菌功能。银纳米颗粒在纳米纤维上的分散性集中，粒径分布变窄，较实施例1得到改善。
由于复合醋酸纤维素溶液中硝酸银的含量较实施例1提高而较实施例2降低，最后所得纳米纤维的平均直径较实施例1减小而较实施例2增加，经抽样测得其平均直径约为437nm。
通过实施例1～实施例3，由此可见：静电纺丝溶液中水含量过低时会导致硝酸银溶解度不够，静电纺丝稳定性较差，甚至难以形成静电纺丝纤维；而静电纺丝溶液中水含量过高时却降低了溶剂的溶解性，溶剂挥发较快，在静电纺丝时容易出现堵塞纺丝设备喷口的现象；静电纺丝溶液中硝酸银含量的增加将使制备的静电纺丝纤维直径变小，同时使最后得到的纳米纤维上银纳米颗粒的集中度增加(即银纳米颗粒的数量增加)，且随着静电纺丝溶液中硝酸银含量的增加制备得到的纳米纤维的直径变小；醋酸纤维素在溶液中浓度一定时，加入的碳酸氢氨越多越容易使静电纺丝溶液得到更大的膨化，且膨化体中泡泡越小时泡泡的膜壁越薄，泡泡的表面张力较小，静电纺丝时静电需要克服静电纺丝溶液的表面张力也越小，且通过膨化使静电纺丝溶液得到较大的拉伸，最后制得的纳米纤维的直径也较小。
因此，本发明主要通过确定静电纺丝溶液中水及硝酸银最佳含量，使静电纺丝溶液可以稳定的制备出就抗菌功能的纳米纤维素，操作简单、成本低廉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法，其特征在于，包括步骤：
以质量为单位，将6～9份丙酮、1～3份二甲基乙酰胺及0.5～2份水为原料，混合后配置成溶剂；
将醋酸纤维素颗粒及硝酸银晶体加入至上述溶剂，以每分钟升高2～5℃的加热速度缓慢加热至于60～80℃，搅拌60～120分钟使醋酸纤维素颗粒充分溶解，得到含有1wt％～3wt％硝酸银的复合醋酸纤维素溶液；
将复合醋酸纤维素溶液冷却后，添加复合醋酸纤维素溶液质量1wt％～3wt％的碳酸氢氨，然后置于40℃的水浴中，机械搅拌进行膨化处理，即制备得到醋酸纤维素静电纺丝溶液。
2.根据权利要求1所述一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法，其特征在于，以质量为单位，将8份丙酮、2份二甲基乙酰胺及1份水为原料，混合后配置成溶剂。
3.根据权利要求1所述一种醋酸纤维素静电纺丝溶液的制备方法，其特征在于，膨化处理后使复合醋酸纤维素溶液的体积膨化1～2倍。
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