[发明专利]一种海藻酸钠纳米纤维的静电纺丝方法

说明书

技术领域

本发明一种海藻酸钠纳米纤维的生产方法，尤其涉及一种海藻酸钠纳米纤维的静电纺丝方法。

背景技术

静电纺丝具有制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，是一种高效的纳米纤维制备方法，可以纺制出直径为几十到几百的纳米纤维。

采用静电纺丝工艺制备出的纳米纤维，具有很高的比表面积、高孔隙率及良好的延展性。目前，已有许多聚合物通过静电纺丝法成功地制备纳米纤维。

但是，现有研究表明：通过静电纺丝制备纯海藻酸钠纳米纤维是非常困难的(参见：Carbohydr Polym,20l1,85(1):276-279)。原因在于，海藻酸钠分子链段呈刚性，其分子链总是紧密地重叠在一起，不能形成牢固的、稳定程度较高的有效分子链缠结，因而，海藻酸钠纺丝液在喷射过程中因缺乏弹性，无法形成以稳定的电射流。

现有技术中，为解决上述技术问题，人们普遍采用在海藻酸钠溶液/凝胶体系中加入二价金属盐(氯化钙或氯化镁等)溶液作为交联剂进行交联反应，以增加海藻酸盐分子链间的缠结度的技术手段，以适应静电纺丝工艺的需要，并取得了一定的效果。如：

中国专利申请CN105457094A公开了一种氯化钙交联的海藻酸钠纳米纤维支架材料及其制备方法，其所使用的交联剂成分为氯化钙稀溶液。

中国专利申请CN102071497A公开了一种海藻酸钠纳米纤维的制备方法，其采用将海藻酸钠粉末分散于乙醇和水的混合溶液中，再加入一定量的氯化钙或氯化镁作为交联剂，然后，通过静电纺丝制备轻度交联的海藻酸钠纳米纤维。

上述这两种技术，均可一定程度地改善了海藻酸钠/盐的分子链缠结度，实现了海藻酸盐纳米纤维的静电纺丝成形。但是，由于都属于物理交联，因而存在共同的缺点：一是，交联之后的海藻酸钠/盐分子链的缠结牢度、均匀性和稳定性相对较差；二是，由于交联反应与分解反应是一对可逆反应，在(液相)反应体系中，很难获得较为满意的、适于静电纺丝工艺要求的交联程度，进而保证进入静电纺丝设备中的海藻酸钠/盐纺丝液良好的粘度指标；三是，由于只能通过延长交联反应的时间，以保证交联反应进行程度(金属离子置换率或缓慢释放效率)，使得整个工艺步骤耗时长，制约了生产效率的提高。四是，物理交联所得的溶液的均一度较差，因为离子交联海藻酸钠一般比较迅速(除非三中提到的离子置换和缓慢释放)，所以一般采用向海藻酸钠中缓慢滴加交联剂溶液的方法，但是这一方法也无法保证溶液的均一性。

正是由于这几个方面的不足，使得海藻酸钠纳米纤维的静电纺丝生产过程中，一方面，可纺性差，纤维硬而脆，极易出现断头，造成纺丝困难，无法实现真正意义上的静电纺丝连续化生产；另一方面，由于海藻酸盐分子链与分子链之间的“缠结”与“解缠”处处随机并存，使得所纺制出的纤维在微观结构上，也别是所纺制出的纳米纤维的直径波动大，粗细不均匀，并且在纤维长度方向上，海藻酸盐分子链结合牢度、分布密度与致密程度等方面存在较大的差异，导致纤维质量稳定性差。

一言以蔽之：微观上，所纺制出的海藻酸盐纳米纤维“各向异性”、纤维直径均匀性差，纤维质量稳定性差，成品率低，且其静电纺丝过程中，工艺控制难度大、成品率低。

发明内容

本发明的目的是，提供一种海藻酸钠纳米纤维的静电纺丝方法，其工艺控制简单、纺丝液的可纺性好，所纺制出的海藻酸钠纳米纤维粗细均匀、内部结构均一性好、产品质量稳定，生产成本相对较低。

本发明为实现上述目的需要解决的技术问题是，如何获得海藻酸钠理想化的分子链与分子链之间的牢靠地、稳定的、均匀的有效缠结(度)，以稳定纺丝液的粘度性能指标，进而有效解决连续化静电纺丝成形困难的技术问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种海藻酸钠纳米纤维的静电纺丝方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，原料准备

按质量份数，分别取无水硫酸钠4-5份，乙酸酐和己二酸混合酸酐酐1-5份、海藻酸钠6-12份；

将所取无水硫酸钠加水溶解，配制成饱和溶液，并将所取乙酸酐和己二酸混合酸酐加入到硫酸钠饱和溶液中，调节pH值至1-2，制成凝固浴液，备用；

上述乙酸酐和己二酸混合酸酐中，乙酸酐与己二酸的质量比5︰1；

第二步，纺丝液的制备

(1)、将所取海藻酸钠加去离子水溶解，配制成质量百分比浓度为6％-12％的海藻酸钠溶液；

然后，边搅拌边缓慢将所配制成的海藻酸钠溶液加入到所制得的凝固浴液中，继续搅拌3h，直至得到经过化学交联的海藻酸钠凝胶；