CN108486768A - 一种二醋酸纤维素纤维薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二醋酸纤维素纤维薄膜及其制备方法。将二醋酸纤维素粉末溶于丙酮/水，或者丙酮/二氯甲烷的混合溶剂中制成纺丝溶液，采用静电纺丝工艺，在静电高压电场力的作用下，二醋酸纤维素纺丝溶液被牵伸为纤维，在接收器上固化形成纤维膜。本发明提供的技术方案操作简单，条件容易控制。制得的二醋酸纤维素纤维膜中纤维细，直径为微米级，纤维表面具有多孔结构，截面为扁形，纤维膜比表面积大，吸附性能优良，在生物敷料、药物缓释、组织支架等领域具有良好的应用前景。

Description

一种二醋酸纤维素纤维薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种二醋酸纤维素纤维膜及其制备方法，特别涉及一种由扁截面状、表面多孔的二醋酸纤维素纤维构成的膜及其制备方法。
背景技术
目前人们在药物控缓释、组织工程、生物敷料、生物膜、过滤分离等领域对吸附能力强、过滤效果好的材料有着迫切的需求。利用静电纺丝技术制备的纤维膜，具有纤维直径小、比表面积大、吸附能力强等特性，在生物医用、过滤分离等领域有着广阔的应用前景。但目前用静电纺丝技术制备的纤维膜中纤维多为圆形截面且表面没有孔洞。扁平截面纤维比圆形截面纤维具有更大的比表面积，纤维表面的孔洞又可进一步增加比表面积，因而具有更高的吸附能力和更好的空气过滤效果。因此，由多孔、扁截面纤维构成的薄膜在药物释放、组织支架、空气过滤等领域具有良好的应用前景。
二醋酸纤维素是纤维素衍生物，能够自然降解，生物相容性好，价格低廉。其制品与人体长期接触不会引起过敏反应，是环境友好材料。
在本发明作出之前，中国发明专利CN 106948164 A公布了一种制备聚乳酸多孔纤维薄膜的方法，涉及工艺为将聚乳酸和聚环氧乙烷按一定的重量比溶于共溶剂中，使用高压静电技术，将聚合物溶液纺制成聚乳酸/聚环氧乙烷复合纤维，再将复合纤维浸入水溶液中，刻蚀去除纤维中的聚环氧乙烷相。由于其采用的聚合物为聚乳酸，所得纤维为圆形截面，且纤维上的微孔是通过刻蚀去除纤维中的一种组分得到的，需要在静电纺丝之后增加刻蚀工艺，流程较长。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种工艺流程短、生产成本低的纤维表面具有多孔结构的扁截面二醋酸纤维素纤维膜及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，包括如下步骤：
1．常温条件下，按聚氧化乙烯的质量为二醋酸纤维素质量的1～20%，将二醋酸纤维素和聚氧化乙烯溶解于混合溶剂中，所述的混合溶剂为丙酮/水，或丙酮/二氯甲烷，得到二醋酸纤维素的浓度为6～10%wt的溶液；
2．以步骤1得到的二醋酸纤维素溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，在接收屏上得到一种纤维表面具有多孔结构且纤维截面为扁形的二醋酸纤维素纤维膜。
本发明技术方案所述的二醋酸纤维素的均分子量为40000，乙酰度为39.8%；所述的聚氧化乙烯的均分子量为30000；所述丙酮/水混合溶剂，按体积比，丙酮：水为3～5:1；所述丙酮/二氯甲烷混合溶剂，按体积比，丙酮：二氯甲烷为1:0.5～4。
本发明技术方案提供的一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其静电纺丝工艺的条件包括：纺丝流量为1～7ml/h；纺丝电压为9～15kv；纺丝接收距离为10～15cm；纺丝温度为25～28℃，相对湿度为25～81%。
本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种二醋酸纤维素纤维薄膜，膜中纤维截面为扁形，单根纤维的横截面长为0.8～2μm，宽为0.2～0.5μm，长宽比为4～8:1；膜中纤维表面为多孔结构，其孔径为25～154nm，孔隙率为6～36%。
本发明将具有不同挥发性能的溶剂混合，用以溶解二醋酸纤维素；采用静电纺丝方法，在静电高压电场力的作用下，纺丝液滴克服表面张力而破裂成更小的液滴，继而溶剂挥发、纤维固化并被牵伸沉积在接收屏上形成纤维膜。通过调节溶剂的混合比例、纺丝溶液浓度、流速、电场电压、接收距离和环境温湿度，控制纤维的截面和表面微孔孔径，得到纤维直径为微米级、表面具有大量孔洞的扁截面二醋酸纤维素纤维膜。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
1.本发明通过采用静电纺丝工艺制备多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的方法，操作简单，成本低，工艺条件易于控制。
2.本发明采用具有不同挥发性能的溶剂组合，通过控制溶剂混合比例得到截面为扁形结构的纤维，无需采用异形喷丝孔即可得到扁截面纤维。
3.本发明制得的纤维膜中纤维表面具有多孔结构，截面扁形，比常规纤维膜比表面积大，吸附性能好。通过改变溶剂的组合比例可控制纤维表面孔洞结构和孔径尺寸。
4.本发明采用的是高挥发性溶剂，溶剂在纤维成形过程中挥发，不会残留在纤维内部而影响制品的进一步使用。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图；
图2是本发明实施例2提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图；
图3是本发明实施例3提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图；
图4是本发明实施例4提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图；
图5是本发明实施例5提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜，其制备方法如下：
（1）纺丝溶液组成：二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000）的质量浓度为8%，聚氧化乙烯的质量为5%（相对二醋酸纤维素的质量），丙酮和水的总质量浓度为92%，丙酮和水的体积比为5：1。
（2）纺丝过程：在流量泵的控制下，二醋酸纤维素溶液以2.5ml/h的速度从10ml注射器的圆形金属针头挤出，在15kv的电场力作用下加速向前运动，进入相对湿度为29%、温度为21℃的大气环境，最终落在距离金属针头14cm处带有铝箔的金属接收装置上，得到多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜。
参见附图1，它是本实施例以丙酮和水的体积比为5：1的混合溶剂制备的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图，其中，（a）为纤维膜放大倍数1000倍；（b）为纤维膜放大倍数10000倍；（c）为纤维横截面放大倍数2000倍。
经检测，构成纤维膜的纤维表面孔洞的孔径为26.3～32.3nm，平均孔径为28.4nm，孔隙率为10.1%，纤维横截面长宽比4～8:1。
实施例2
本实施例制备多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的步骤如下：
（1）纺丝溶液组成：二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000）的质量浓度为8%，聚氧化乙烯的质量为5%（相对二醋酸纤维素的质量），丙酮和水的总质量浓度为92%，丙酮和水的体积比为3：1。
（2）纺丝工艺同实施例1。
参见附2，它是本实施例以丙酮和水的体积比为3：1的混合溶剂制备的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图，（a）为纤维膜放大倍数1000倍；（b）为纤维膜放大倍数10000倍。
构成纤维膜的纤维表面孔洞的孔径为23.3～27.0nm，平均孔径为24.7nm，孔隙率为6.2%，纤维横截面长宽比4～8:1。
实施例3
本实施例按如下方法制备多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜：
纺丝溶液组成：二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000）的质量浓度为6%，聚氧化乙烯的质量为15%（相对二醋酸纤维素的质量），丙酮和二氯甲烷的总质量浓度为94%，丙酮和二氯甲烷的体积比为2：1。
纺丝工艺：在流量泵的控制下，二醋酸纤维素溶液以1ml/h的速度从10ml注射器的圆形金属针头挤出，在12kv的电场力作用下加速向前运动，进入相对湿度为81%、温度为26℃的大气环境，最终落在距离金属针头12cm处带有铝箔的金属接收装置上，得到多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜。
参见附图3，它是本实施例提供的以丙酮和二氯甲烷的体积比2：1的混合溶剂制备的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图；（a）为放大倍数1000倍的纤维膜；（b）为放大倍数10000倍的纤维膜。
本实施例提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜，其构成纤维膜的纤维表面孔洞的孔径范围为15.5～18.1nm，平均孔径为16.8nm，孔隙率为1.8%，纤维横截面长宽比4～8:1。
实施例4
本实施例提供一种多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜，制备方法如下：
（1）纺丝溶液组成：二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000）的质量浓度为6%，聚氧化乙烯的质量为15%（相对二醋酸纤维素的质量），丙酮和二氯甲烷的总质量浓度为94%，丙酮和二氯甲烷的质量比为1：1。
（2）纺丝过程：同实施例3。
参见附图4，它是本实施例提供的以丙酮和二氯甲烷的体积比1：1的混合溶剂制备的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图，其中（a）为放大倍数1000倍的纤维膜，（b）为放大倍数10000倍的纤维膜。
本实施例提供的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜，构成纤维膜的纤维表面孔洞的孔径范围为55.8～68.1nm，平均孔径为62.0nm，孔隙率为15.4%。
实施例5
本实施例提供一种扁平孔结构二醋酸纤维素纤维，其制备方法如下：
（1）纺丝溶液组成：二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000）的质量浓度为6%，聚氧化乙烯的质量为15%（相对二醋酸纤维素的质量），丙酮和二氯甲烷的总质量浓度为94%，丙酮和二氯甲烷的质量比为1：2。
（2）纺丝过程：在流量泵的控制下，二醋酸纤维素溶液以1ml/h的速度从10ml注射器的圆形金属针头挤出，在12kv的电场力作用下加速向前运动，进入相对湿度为52%、温度为26℃的大气环境，最终落在距离金属针头12cm处带有铝箔的金属接收装置上，得到多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜。
参见附图5，它是本实施例以丙酮和二氯甲烷的体积比1：2的混合溶剂制备的多孔扁截面二醋酸纤维素纤维膜的扫描电镜图；（a）为放大倍数1000倍的纤维膜，（b）为放大倍数8000倍的纤维膜。
本实施例提供的扁平孔结构二醋酸纤维素纤维，其构成纤维膜的纤维表面孔洞的孔径范围为94.5.5～110.8nm，平均孔径为98.4nm，孔隙率为28.4%，纤维横截面长宽比4～8:1。
按本发明技术方案制得的二醋酸纤维素纤维膜，膜中的纤维细，直径为微米级，且纤维表面具有多孔结构，截面为扁形，因此，纤维膜比表面积大，吸附性能优良，在生物敷料、药物缓释、组织支架等领域具有良好的应用前景。

Claims (7)

1.一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）常温条件下，按聚氧化乙烯的质量为二醋酸纤维素质量的1～20%，将二醋酸纤维素和聚氧化乙烯溶解于混合溶剂中，所述的混合溶剂为丙酮/水，或丙酮/二氯甲烷，得到二醋酸纤维素的浓度为6～10%wt的溶液；
（2）以步骤（1）得到的二醋酸纤维素溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，在接收屏上得到一种纤维表面具有多孔结构且纤维截面为扁形的二醋酸纤维素纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其特征在于：所述的二醋酸纤维素的均分子量为40000，乙酰度为39.8%。
3.根据权利要求1所述的一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其特征在于：所述的聚氧化乙烯的均分子量为30000。
4.根据权利要求1所述的一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其特征在于：所述丙酮/水混合溶剂，按体积比，丙酮：水为3～5:1。
5.根据权利要求1所述的一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其特征在于：所述丙酮/二氯甲烷混合溶剂，按体积比，丙酮：二氯甲烷为1:0.5～4。
6.根据权利要求1所述的一种二醋酸纤维素纤维薄膜的制备方法，其特征在于：静电纺丝工艺的条件包括：纺丝流量为1～7ml/h；纺丝电压为9～15kv；纺丝接收距离为10～15cm；纺丝温度为25～28℃，相对湿度为25～81%。
7.按权利要求1制备方法得到的一种二醋酸纤维素纤维薄膜，其特征在于：膜中纤维截面为扁形，单根纤维的横截面长为0.8～2μm，宽为0.2～0.5μm，长宽比为4～8:1；膜中纤维表面为多孔结构，其孔径为25～154nm，孔隙率为6～36%。
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