[发明专利]静电纺丝制备聚乙烯吡咯烷酮/壳聚糖复合纳米纤维膜

说明书

技术领域

本发明属于壳聚糖复合纳米纤维膜的制备领域，特别涉及一种静电纺丝制备聚乙烯吡咯烷酮/壳聚糖复合纳米纤维膜的方法。

背景技术

静电纺丝法是一种制备超细纤维的重要方法。与传统的方法有着明显的不同，它将聚合物溶液或熔融体带上几千至几万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下被拉伸。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发，纤维固化，最终落在接收装置上形成了类似无纺布状的纤维毡。用静电纺丝法制得的纤维比传统方法细得多，其直径一般在数十纳米到数百纳米之间。

静电纺丝方法已经可以把50多种不同的聚合物，例如聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚苯胺、聚丙烯腈等纺制出直径范围从小于几个纳米到超过1μm的超细纤维，所得到的静电纺丝纤维收集在负极板上沉积成非织造布。利用静电纺丝技术制备出的腈纶纳米纤维，一方面可以制备高性能的腈纶纳米纤维，改善腈纶纤维的服用性能；另一方面聚丙烯腈纤维是制备碳纤维的主要原料，将纳米级聚丙烯腈纤维经过预氧化及碳化处理等加工后可制成纳米级碳纤维，纳米碳纤维在催化剂载体、电极材料、高效吸附剂、储氢材料和聚合物结构增强添加剂等方面有着广泛应用。

壳聚糖（CS）是天然聚合物,在自然界中的资源量仅次于纤维素，其分子中含有极强的反应性基团——氨基（-NH₂）与羟基(-OH)，具有优良的耐溶剂性和耐碱性等优点。但由于自身的特性使得壳聚糖溶液具有很高的粘度，增加了电纺制备纳米纤维膜的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺丝制备聚乙烯吡咯烷酮/壳聚糖复合纳米纤维膜的方法，该方法操作简单，耗时较少，效率高，材料廉价易得，所制得的膜本身含有丰富的可反应亲水功能基团，具有应用其做后续相关实验分析的潜力。

本发明的一种静电纺丝制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/壳聚糖(CS)复合纳米纤维膜的方法，包括：

（1）按体积比5:5～1:9将乙醇和甲酸混合，然后置于反应容器内超声波振荡30～60min，再于冰水中冷却；

（2）按质量比为1:1～1:9将壳聚糖CS和聚乙烯吡咯烷酮PVP在搅拌下加入到步骤（1）之后的反应容器中，继续搅拌至完全溶胀；然后振荡至完全溶解，作为纺丝液；

（3）采用上述的纺丝液进行静电纺丝，收集纳米纤维，最后将收集到的纳米纤维于40-60℃真空干燥，即得PVP/CS复合纳米纤维膜。

所述步骤（2）中聚乙烯吡咯烷酮的规格为M_w=1.3×10⁶。

所述步骤（2）中所用的壳聚糖经10wt%NaOH浸泡12小时，之后洗涤至中性、真空干燥。

所述步骤（2）中的振荡至完全溶解是在40～80℃的水浴振荡器中进行的，水浴时间为15～30h，溶解程度为致聚合物溶液为透明状。

所述步骤（2）中纺丝液中壳聚糖CS与聚乙烯吡咯烷酮PVP的质量分数之和为5-15%。

所述步骤（3）静电纺丝中注射器规格为5mL，针头内径为0.4～0.7mm。

所述步骤（3）静电纺丝中的纺丝液的进样速度为0.5～3mL/h，电压为在12～20kv。

所述步骤（3）静电纺丝中的接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为10～25cm。

所述步骤（3）中的真空干燥的温度为50～60℃，干燥时间为24～36小时。

所述步骤（3）中的PVP/CS复合纳米纤维膜的纤维直径范围为200～900nm，纤维因溶液的不同配比呈现不同的形貌。

本发明中的溶解反应是在机械搅拌与超声处理间隔进行至完全溶胀，所纺的材料为聚乙烯吡咯烷酮(PVP，M_w=1.3×10⁶)/壳聚糖不同比例的混合物，所选用的溶剂为无水乙醇和甲酸的不同比例的混合溶液，所选用的不同比例的无水乙醇/甲酸混合溶液是首先用冷水预冷的。

本发明充分考虑到聚乙烯吡咯烷酮的优点，以聚乙烯吡咯烷酮为主要纺丝材料，通过添加壳聚糖粉末，通过摸索溶剂配比及相关纺丝条件参数，成功制备了聚乙烯吡咯烷酮/壳聚糖复合纳米纤维膜。

有益效果

（1）本发明的方法操作简单，原材料廉价易得，耗时较少，可在短时间内获得直径

和孔径在纳米级的膜材料；

（2）本发明所制得的PVP/CS复合纳米纤维膜本身含有丰富的可反应亲水功能基团，

具有应用其做后续相关实验分析的潜力。

附图说明