[发明专利]一种高强度聚乳酸基电纺纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度聚乳酸基电纺纳米纤维膜及其制备方法。该高强度静电纺丝纳米纤维膜包括聚乳酸基体树脂和增强纳米填料，所述的增强纳米填料为改性纤维素纳米晶，是先将纤维素纳米晶TEMPO氧化后引入羧基，再在1‑乙基‑3‑[3‑二甲基氨基丙基]碳二酰亚胺和N‑羟基琥珀酸酯的脱水缩合作用下与氨基化聚乙二醇反应，得到改性纤维素纳米晶。所述的静电纺丝纳米纤维膜的制备步骤是：分别配置溶解于氯仿/丙酮(体积比为1:1)混合溶剂中的聚乳酸溶液和改性纤维素纳米晶溶液，将两者以一定比例混合，制备不同改性纤维素纳米晶含量的混合纺丝溶液，然后采用静电纺丝技术制备出对应的高强度纳米纤维膜。与纯的聚乳酸纤维膜相比，聚乳酸/改性纤维素纳米晶纤维膜的拉伸强度显著提高，仍保持断裂伸长率降低较小，并且制品可生物降解，制备方法简单、成本低廉、易操控，在生物医学等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电纺纳米纤维的制备领域，具体涉及一种高强度聚乳酸基电纺纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

聚乳酸材料是目前最具有发展和应用前景的绿色环保可生物降解热塑性树脂，由于其优异的生物可降解性和生物相容性，在生物医学工程领域受到了广泛的关注，比如组织工程支架、药物传输等。发展至今，多种技术被报道可以用来制备聚乳酸基组织工程支架材料，如溶剂铸造、粒子沥滤、膜分层、注射成型和挤压等，其中通过静电纺丝法制备的聚乳酸纤维支架，具有更高的孔隙率、更大的比表面积，可以为细胞的生长提供更大的表面，电纺纤维的结构形貌也能够地在形态模拟天然的细胞外基质。因此，电纺聚乳酸纤维支架被认为可以用在组织工程中的骨、血管、皮肤等组织。然而，单一电纺聚乳酸纤维的性能已渐渐不能满足更高性能要求的应用需求，如作为硬组织修复材料等使用时，其力学性能远不能满足要求，限制了其进一步的应用。

为了改善电纺聚乳酸纤维的力学性能，且不降低其本身的生物相容性，许多生物相容的纳米级填料如羟基磷灰石、生物活性陶瓷、纳米金刚石、纤维素纳米晶等被用于增强聚乳酸基体，其中纤维素纳米晶引起了极大的兴趣。纤维素纳米晶，是一种生物质材料，不仅来源广泛、制备简单、低成本及环境友好，而且具有高结晶度、高强度、高弹性模量、质轻、可降解、生物相容等优点，非常适于作为增强剂来增强聚合物基体。但是，亲水的纤维素纳米晶和疏水的聚乳酸基体之间的界面附着力，会导致相容性较差，阻碍了纳米填料在基体中的良好分散。因此，必须要对纳米填料进行改性，才能增强材料的力学性能，提高电纺聚乳酸基纤维支架的应用可能性。已有文献报道，通过聚乙二醇对纤维素纳米晶进行改性，以氯仿和N,N-二甲基甲酰胺为混合溶剂，得到混合均匀的纺丝溶液，再通过静电纺丝制得了聚乳酸/改性纤维素纳米晶纳米纤维，与纯聚乳酸电纺纤维膜相比，添加5％改性纤维素纳米晶的聚乳酸电纺纤维膜的拉伸强度提升了约68％，起到了一定的增强效果，但随着含量进一步增加，聚乳酸电纺纤维膜的拉伸强度显著降低(C.Zhang et al.,MaterialsScience and Engineering C 49(2015)463–471)。由此可见，只有较高含量(5％)的改性纤维素纳米晶才能对电纺聚乳酸纤维起到较好的增强效果。本发明以TEMPO氧化法制备的羧基化纤维素纳米晶为基底，通过EDC/NHS偶联反应接枝聚乙二醇得到改性纤维素纳米晶，相比未改性的纤维素纳米晶，改性纤维素纳米晶在非极性有机溶剂中的分散性更好，形成澄清透明悬浮液。因此，将改性纤维素纳米晶添加在聚乳酸中的分散也会更好，从而更易于在更低填料添加量下实现电纺聚乳酸纤维的力学强度提升，并且不降低其良好的生物相容性。

发明内容

针对目前存在电纺聚乳酸纳米纤维膜强度提高幅度较小、增强纳米填料含量较高、影响聚乳酸生物相容性等问题，本发明提供了一种高强度聚乳酸基电纺纳米纤维膜的制备方法。

本发明提供了一种高强度聚乳酸基电纺纳米纤维膜的制备方法，所述的高强度聚乳酸基电纺纳米纤维膜由聚乳酸和改性纤维素纳米晶组成。所述的制备方法，其具体步骤如下：