CN105200561B - 一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公不了一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，属于生物高分子材料领域。其制备方法包括如下步骤：(1)制备γ‑聚谷氨酸水凝胶；(2)制备γ‑聚谷氨酸水凝胶纺丝液：将吸水溶胀后的凝胶搅碎并将所得流体与聚乙烯醇溶液混合得到纺丝液；(3)在静电纺仪器上纺丝得到纳米纤维。本发明采用静电纺丝工艺，操作简便，工艺条件温和；所制得的纳米纤维中含有γ‑聚谷氨酸水凝胶颗粒，并且以γ‑聚谷氨酸水凝胶作为节点相互连接，所制备的产品中聚谷氨酸水凝胶颗粒与聚乙烯醇纤维结合十分牢固，因此在纺织领域具有潜在应用价值；而静电纺丝得到的纤维直径更细、比表面积更大，因此纳米纤维的吸湿性得到改善，表面性能更优秀。
Description
技术领域
本发明涉及一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，属于生物高分子材料领域。
背景技术
水凝胶是一种高分子三维网络与水组成的多元体系，能在水或某些水溶液中发生溶胀。溶胀后的水凝胶有许多诸如智能环境响应性的特性，因此近几十年对于水凝胶的研究一直是一个热点。聚γ-谷氨酸(γ-PGA)是一种可通过微生物法大量制备的可生物降解水溶性大分子，其结构中含有大量羧基，因此亲水性十分优秀。以聚γ-谷氨酸为原料制作的水凝胶在提升吸水保水性的同时，还集合了其它水凝胶所缺失的生物可降解性、环境友好性、无毒可食性等特点。近年来，聚谷氨酸水凝胶已大量应用于材料、医学、日用品等领域。其中，在纺织领域的应用正日渐成为聚谷氨酸水凝胶应用的新方向。
在国内外，均有对聚谷氨酸静电纺丝的研究。2009年，Eun-Hye Lee等人便用加入PEG与Triton X-100的聚谷氨酸溶液作为纺丝液得到了200nm-2μm直径的静电纺纤维。2011年，Shige Wang等人便将静电纺丝得到的聚谷氨酸纳米纤维应用于生物医学领域。汪正华等人申请了专利号为ZL201210476528.7的发明专利《一种聚谷氨酸纤维布及其制备方法和应用》，史向阳等人申请了专利号为ZL201110202821.X的发明专利《一种水稳定性γ-聚谷氨酸纳米纤维的制备方法》等等。但上述研究均未涉及对聚谷氨酸水凝胶静电纺丝的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，该方法采用静电纺丝工艺，操作简便，工艺条件温和，制备的产品中γ-聚谷氨酸水凝胶颗粒与聚乙烯醇纤维结合十分牢固，在纺织领域具有潜在应用价值。
本发明的一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，包括如下步骤：
(1)γ-聚谷氨酸水凝胶的制备：称取一定量的分子量为100万道尔顿的γ-聚谷氨酸，用去离子水配制成浓度为4-20％的溶液，调节pH至3.5-4.5，加入占γ-聚谷氨酸质量30-50％的乙二醇二缩水甘油醚交联剂，然后用保鲜膜封装，在40-60℃条件下水浴16-24h，交联后得到γ-聚谷氨酸水凝胶。
(2)γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液的制备：将水凝胶剪成米粒大小，加入相当于水凝胶质量50-500倍的去离子水，静置吸附24-48h至水凝胶溶胀平衡；再将溶胀的水凝胶用剪切器搅碎1-3min，得到可自由流动的纳米级水凝胶流体，即为γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液。
(3)纺丝液的制备：配制浓度为30-70％的聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇溶液与γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液按体积比X∶10-X混合(X＝2、3、4、5、6、7、8)，得到的混合液即为纺丝液。
(4)静电纺丝：吸取适量纺丝液进行静电纺丝，用锡纸进行接收，即得以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维。
本发明使用扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对本发明方法可行性进行了验证，最终得到了纳米级的以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维，所述纳米纤维以γ-聚谷氨酸水凝胶作为架桥相互连接。通过观察纳米纤维纤维基体，可知纤维基体由聚乙烯醇和γ-聚谷氨酸水凝胶组成。
有益效果：
本发明采用静电纺丝工艺，操作简便，工艺条件温和；所制得的纳米纤维中含有γ-聚谷氨酸水凝胶颗粒，并且以γ-聚谷氨酸水凝胶作为架桥相互连接，所制备的产品中聚谷氨酸水凝胶颗粒与聚乙烯醇纤维结合十分牢固，因此在纺织领域具有潜在应用价值；而静电纺丝得到的纤维直径更细、比表面积更大，因此纳米纤维的吸湿性得到改善，表面性能更优秀。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取分子量为100万道尔顿的γ-聚谷氨酸粉末3.913g，加入26.4ml去离子水，搅拌均匀溶解后调节pH至4.0，加入1.44g乙二醇二缩水甘油醚，搅拌均匀后保鲜膜封装，50℃中水浴20h，交联成型后取出。将凝胶切成米粒大小，加入相当其重量100倍的去离子水，保鲜膜封装到24h溶胀平衡后进行机械搅碎。在得到的水凝胶流体中加入相当于其体积4倍的质量浓度为50％的聚乙烯醇乙醇溶液得到纺丝液，再用静电纺仪器进行纺丝，可得到直径约为120nm的纳米纤维。
实施例2
将实施例1中得到的水凝胶流体与质量浓度为50％的聚乙烯醇乙醇溶液按体积比3∶7进行混合得到纺丝液，再用静电纺仪器进行纺丝，可得到直径约为160nm的纳米纤维。
Claims (6)
1.一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，包括如下步骤：
(1)γ-聚谷氨酸水凝胶的制备：称取一定量γ-聚谷氨酸，用去离子水配制成质量浓度为4-20％的溶液，调节pH至3.5-4.5，加入占γ-聚谷氨酸质量30-50％的乙二醇二缩水甘油醚交联剂，然后用保鲜膜封装，在40-60℃条件下水浴16-24h，交联后得到γ-聚谷氨酸水凝胶；
(2)γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液的制备：将水凝胶剪成米粒大小，加入相当于水凝胶质量50-500倍的去离子水，静置吸附24-48h至水凝胶溶胀平衡，再将溶胀的水凝胶搅碎1-3min，便得到可自由流动的水凝胶流体，即为γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液；
(3)纺丝液的制备：配制浓度为质量浓度为30-70％的聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇溶液与γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液按体积比混合，得到的混合液即为纺丝液；
(4)静电纺丝：吸取适量纺丝液进行静电纺丝，用锡纸进行接收，便得到了以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维。
2.如权利要求1所述一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，其特征在于，所述γ-聚谷氨酸是分子量为50-120万道尔顿的高分子量产品。
3.如权利要求1所述一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，其特征在于，采用机械搅碎的方法得到γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液。
4.如权利要求1所述一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，其特征在于，所述γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液中，γ-聚谷氨酸水凝胶颗粒粒径为纳米级。
5.如权利要求1所述一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液与γ-聚谷氨酸水凝胶纺丝液混合比为X∶10-X，X＝2、3、4、5、6、7、8。
6.如权利要求1所述的一种以聚谷氨酸水凝胶为架桥的聚乙烯醇纳米纤维制备方法，其特征在于，所述纳米纤维以γ-聚谷氨酸水凝胶作为架桥相互连接。
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