CN1908039A - 具有稳定形态的壳聚糖纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜及其制备方法，属于载体材料的制备方法。该方法包括以下过程：将壳聚糖和聚乙烯醇溶于冰醋酸和水的混合溶剂中形成透明溶液，所得到的纺丝液加入微量进样器中，连接喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，电压为5千伏－30千伏，进行静电纺丝，得到壳聚糖纳米纤维膜材料，再将该膜材料浸入强碱性溶液中进行后处理，从而制得具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜载体材料。本发明制备过程简单，所获得的壳聚糖纳米纤维膜具有良好的形态结构稳定性，水溶液中能够保持完整的纤维形态和多孔结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜的制备技术。
背景技术
利用静电纺丝的方法制备具有纳米尺寸的纤维复合膜材料越来越引起重视。静电纺丝技术是将高分子溶液或熔体在电场下纺丝，由于静电作用而产生拉伸，经冷却或溶剂挥发得到超细纳米纤维，这类材料具有高比表面积和高空隙率等优点。利用静电纺丝的方法可以用来制备各种高分子纳米纤维复合膜材料。US 20030215624；20040013873通过静电纺丝将常见的聚合物诸如：聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮等制备成超细纤维复合膜。US20050014252；20040185737；20030137083用可生物降解材料、可生物吸收材料、蚕丝类材料、导电聚合物静电纺丝，得到超细纤维膜。
壳聚糖为甲壳素的脱乙酰化产物，具有近似于细胞外基质中糖胺聚糖的化学结构，具有优异的生物相容性、易降解和抗菌等性能。近些年，利用静电纺丝法制备壳聚糖纳米纤维复合膜，并将作为生物医用材料引起了许多研究者的兴趣。由于壳聚糖之间具有强氢键作用等特点，纯的壳聚糖溶液一般难以纺丝成膜，故这类天然高分子常与其它易纺丝的高分子混合进行静电纺丝。其中与聚乙烯醇的溶液混合纺丝则较为常见且操作简单[1-3]。[1]Ohkawa K，Cha D，Kim H，Nishida A，Yamamoto H.Electrospinning of Chitosan.Macromolecular RapidCommunications 2004，25：1600-1605；[2]Li L，Hsieh Y.-L.Chitosan bicomponent nanofibers andnanoporous fibers.Carbohydrate Research 2006，341：374-381；[3]Mincheva R，Manolova N，Paneva D，Rashkov I.Preparation of polyelectrolyte-containing nanofibers by electrospinning inthe presence of a non-ionogenic water-soluble polymer.Journal of Bioactive and CompatiblePolymers 2005，20(5)：419-435。又如，CN 200410019230.9将壳聚糖与聚乙烯醇的混合溶液静电纺丝制备超细纤维复合膜；CN 200510014826.4将壳聚糖、聚乙烯醇和碳纳米管混合体系静电纺丝制备具有抗菌、抗静电的壳聚糖/碳纳米管超细纤维复合膜。但是，这些专利和公开发表的结果均未解决壳聚糖纳米纤维膜的稳定性，所制得的壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜，在水溶液中聚乙烯醇容易发生溶胀或部分溶解，致使纤维发生溶胀，同时纤维之间的空隙被溶解的聚乙烯醇完全堵塞，纳米纤维复合膜所具有的高比表面积和高空隙率等优点不复存在，从而限制了它的实际应用。目前还未见到采用壳聚糖/聚乙醇混合溶液进行静电纺丝，制备一种在水溶液中具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜的研究报道和发明专利。
发明内容
针对目前所制备的壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜在水溶液中不能保持原有的纳米纤维复合膜结构形态的问题，本发明提供一种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜的制备方法。
该种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜制备技术方案的操作步骤如下：
1)静电纺丝法制备壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜：将壳聚糖溶于90％的乙酸和10％水组成的混合溶剂，配成重量百分比为2～5％的溶液；将聚乙烯醇溶于水中，配成重量百分比为5～10％的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比1～5∶1混合均匀，再注入到多道静电纺丝装置中，在电压为5千伏～30千伏、喷丝头溶液流量为0.1毫升/小时～1.0毫升/小时、接收距离为5厘米～20厘米的条件下进行静电纺丝和汇集成纤维复合膜。
2)碱处理壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜：将壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜浸入0.1～5摩尔/升的强碱性溶液中，在常温中浸泡2～6小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
本发明的优点在于：通过静电纺丝和碱处理的方法制备在水溶液中具有稳定形态结构、高比表面积和高空隙率的壳聚糖纳米纤维膜，其制备过程和后处理方法简单。
具体实施方式
具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜制备方法：将壳聚糖溶于90％的乙酸水溶液中，配成重量百分比为2～5％的溶液；将聚乙烯醇溶于水中，配成重量百分比为5～10％的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比1～5∶1混合均匀，再注入到多道静电纺丝装置中，在电压为5千伏～30千伏、喷丝头溶液流量为0.1毫升/小时～1.0毫升/小时、接收距离为5厘米～20厘米的条件下进行静电纺丝和汇集成纤维复合膜。将壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜浸入0.1～5摩尔/升的强碱性溶液中，在常温中浸泡2～6小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
其中壳聚糖的分子量为5～100万，聚乙烯醇的聚合度为1500～2500，醇解度为85％～99％；
用于本发明的强碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种、或是其中的任意两种混合物。
以下实施实例对本发明做更详细的描述，但所述例不构成对本发明的限制。
纳米纤维复合膜载体材料的制备
实施例1
将重量百分数为5％的壳聚糖(粘均分子量为10万)溶于90％的乙酸水溶液中，在常温下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；将重量百分数为9％的聚乙烯醇(聚合度为1700，醇解度为88％)溶于水中，形成均相、透明、粘稠的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比1∶1混合均匀得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为10厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.3毫升/小时，电压为20千伏，进行静电纺丝，得到直径为50～200纳米的壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜。再将所得的纳米纤维复合膜浸入0.5摩尔/升的碳酸钠溶液中，在常温中浸泡2小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
实施例2
将重量百分数为4％的壳聚糖(粘均分子量为20万)溶于90％的乙酸水溶液中，在常温下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；将重量百分数为9％的聚乙烯醇(聚合度为2400～2500，醇解度为99％)溶于水中，形成均相、透明、粘稠的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比2∶1混合均匀得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为10厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.5毫升/小时，电压为20千伏，进行静电纺丝，得到直径为100～300纳米的壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜。再将所得的纳米纤维复合膜浸入0.5摩尔/升的氢氧化钠溶液中，在常温中浸泡2小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
实施例3
将重量百分数为3％的壳聚糖(粘均分子量为50万)溶于90％的乙酸水溶液中，在常温下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；将重量百分数为10％的聚乙烯醇(聚合度为1700，醇解度为88％)溶于水中，形成均相、透明、粘稠的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比3∶1混合均匀得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为1.0毫升/小时，电压为20千伏，进行静电纺丝，得到直径为400～800纳米的壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜。再将所得的纳米纤维复合膜浸入1摩尔/升的碳酸钾溶液中，在常温中浸泡2小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
实施例4
将重量百分数为3％的壳聚糖(粘均分子量为65万)溶于90％的乙酸水溶液中，在常温下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；将重量百分数为10％的聚乙烯醇(聚合度为2400～2500，醇解度为99％)溶于水中，形成均相、透明、粘稠的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比4∶1混合均匀得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为1.0毫升/小时，电压为20千伏，进行静电纺丝，得到直径为600～800纳米的壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜。再将所得的纳米纤维复合膜浸入1摩尔/升的氢氧化钾溶液中，在常温中浸泡2小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
Claims (3)
1、一种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：
(1)壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜制备方法为静电纺丝法：将壳聚糖溶于溶剂中，配成重量百分比为2～5％的溶液；将聚乙烯醇溶于水中，配成重量百分比为5～10％的溶液；将壳聚糖和聚乙烯醇溶液按体积比1～5∶1混合均匀，再注入到多道静电纺丝装置中，在电压为5千伏～30千伏、喷丝头溶液流量为0.1毫升/小时～1.0毫升/小时、接收距离为5厘米～20厘米的条件下进行静电纺丝和汇集成纤维复合膜。
(2)壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜的碱后处理方法：将壳聚糖/聚乙烯醇纳米纤维复合膜浸入0.1～5摩尔/升的强碱性溶液中，在常温中浸泡2～6小时，再用去离子水重复清洗，直至洗液呈中性，最后纳米纤维复合膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24小时。
2、按权利要求1中所述的一种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，溶解壳聚糖的溶剂是90％乙酸和10％水组成的混合溶剂。
3、按权利要求1中所述的一种具有稳定形态结构的壳聚糖纳米纤维膜制备方法，其特征在于所说的强碱是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种、或是其中的任意两种混合物。
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