再生丝素／聚乙烯醇共混纳米纤维的制备及表征

薛华育 顾卓 戴礼兴 白伦
苏州大学材料工程学院,江苏苏州215021

文章摘要:以三氟乙酸、二氯甲烷和水为溶剂，采用静电纺丝的方法制备再生丝素／聚乙烯醇共混纳米纤维。分析了共混配比对相容性及静电纺丝的影响，采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪等对所得纤维的形态与结构进行了表征，测试了纳米纤维的力学性能，结果表明：丝素分子和聚乙烯醇分子间发生了某种程度的相互作用，相容性得到改善，添加聚乙烯醇的丝素纳米纤维的力学性能有明显改善。
文章主题:静电纺丝 丝素蛋白 聚乙烯醇 纳米纤维 结构性能

文章内容：第23卷第6期高分子材料科学与工程.1.23,..62007年11月.2007再生丝素/聚乙烯醇共混纳米纤维的制备及表征薛华育,顾卓,戴礼兴,白伦(苏州大学材料工程学院,江苏苏州215021)摘要:以三氟乙酸,二氯甲烷和水为溶剂,采用静电纺丝的方法制备再生丝素/聚乙烯醇共混纳米纤维.分析了共混配比对相容性及静电纺丝的影响,采用扫描电镜,射线衍射仪,红外光谱仪等对所得纤维的形态与结构进行了表征,测试了纳米纤维的力学性能,结果表明:丝素分子和聚乙烯醇分子间发生了某种程度的相互作用,相容性得到改善,添加聚乙烯醇的丝素纳米纤维的力学性能有明显改善.关键词:静电纺丝;丝素蛋白;聚乙烯醇;纳米纤维;结构性能中图分类号:383文献标识码:文章编号:1000-7555(2007)06-0240—04丝素蛋白()是一种资源丰富,生物相容性好,性能优良的生物材料,采用静电纺丝法能够获得具有多孔结构和高比表面积的再生丝素()纳米纤维,可用作细胞支架材料,伤口包敷材料等[1].但由于材料在干态下极易变脆,其实用价值受到很大限制.近年来,用共混方法来改善再生丝素材料的力学性能已成为研究热点之一.聚乙烯醇()具有较好的生物相容性,亲水性及良好的力学强度和柔性,是被用于和丝素蛋白共混以改善其力学性能的首选高聚物之一,[]和【3等曾对/共混膜的相容性进行了研究,认为该共混体系存在明显的相分离;本研究室曾用丙三醇做增容剂,使/共混膜的相容性得到了一定程度改善.本文以三氟乙酸,二氯甲烷和水为溶剂,对再生丝素蛋白与聚乙烯醇的相容性及可纺性进行了研究,采用静电纺丝的方法制备了/共混纳米纤维,对纤维的结构性能进行了测试和分析.实验部分1.1主要原料天然蚕丝;聚乙烯醇一24(一2300,醇解度989/5～99):上海化学试剂公司;三氟乙酸:国药集团试剂公司;二氯甲烷:国药集团试剂公司.1.2纺丝液的制备将天然蚕丝浸润于质量分数为0.1的:.水溶液中煮沸3,并重复3次,去除丝胶;再用2//混合溶剂(1:8:2)于6℃～65℃溶解,并透析,离心过滤,所得透析溶液置于塑料盘内于室温下干燥成膜.最后将此膜溶解于三氟乙酸/--氯甲烷的混合溶剂中(三氟乙酸:二氯甲烷一70:30)(质量比),制得质量分数为13的溶液.将溶于8.的去离子水中,加热2,制得质量分数为7的溶液.将制备的两种溶液按照所需配比,在3水浴中混合后搅拌2,制得共混纺丝溶液.采用自行设计的静电纺丝装置进行纺丝,应用电压固定为15,固化距离10.1.3纤维形态与结构测试在日立一570型扫描电子显微镜下观察纤维形态结构,用图像处理软件的度量工具测纤维直径,取其平均值;日本电子株式会社/—型射线衍射仪测定纤维结晶结构,扫描范围20=3.～40.;美国公司的收稿日期:2006—11—30;修订日期:2007—06—21基金项目:国家重点基础研究发展计划973计划(2005623906)联系人:戴礼兴.主要从事纤维高分子材料研究.—@..第6期薛华育等:再生丝素/聚乙烯醇共混纳米纤维的制备及表征一550红外光谱分析仪测定4000～400-1范围的谱图,由特征谱带分析纤维构象结构.1.4电导率的测定一303型电导率仪,上海启威电子有限公司;测量范围:～1×10/.1.5相对强度及断裂伸长率的测定常州市第二纺织机械厂004型电子单纤维强力仪,样品夹持长度为10,拉伸速度5/,在强力仪上直接读得绝对强度和伸长率,然后用下列公式计算相对强度:相对强度(/.)一绝对强度/(膜宽度×膜厚度).1//:()/;()95/5;()90/10;()85/5()80/202结果与讨论2.1共混纺丝液的相容性在水为溶剂的条件下,/共混体系存在明显的相分离,所以选择恰当的溶剂改善两者溶液的稳定性和互溶性对静电纺丝成型十分重要.本文选择三氟乙酸,二氯甲烷和水为溶剂,制得/共混纺丝液..1是不同配比/的共混纺丝液的照片,从.1中可以看出,不的纯的纺丝液,呈透明状(.1()),少量的在中可以形成较为连续的均匀相,共混纺丝液较澄清(.1(),.1()),与水作溶剂相比,溶解性有明显提高,可以认为,三氟乙酸分子更易于同或大分子上的极性基团形成氢键,从而破坏单一组分分子自身间的结合或缠结,促进各不同分子间的结合和渗透,获得较为理想的共混状态,这与等的研究结果相似.但随着的加入量逐渐增大,纺丝液由澄清透明变得混浊不均匀,慢慢出现絮状物,这是由于量的增多自身形成较多缠结和团聚,从连续相中逐渐分离出来,当/为80/20(.1())时,因纺丝液中絮状物太多而使喷丝毛细管堵塞,无法进行静电纺丝.()0/00())00/0()95/()900()85/5.2/2.2共混配比对纳米纤维形态的影响.2是不同配比的/纳米共混纤维电镜照片.从纤维直径来看,纯纳米纤维(.2())的平均直径是285,纯纳米纤维(.2())的平均直径是960,很明显,纳米纤维平均直径比纳米纤高分子材料科学与工程维的大很多,从.2(),.2(),.2()中可以看出,共混纳米纤维中随着含量增多,纤维的直径也在逐渐变细,平均直径依次为:740,454,295,这可以用纺丝液的电导率来解释,在静电纺丝中喷射流的裂分主要是由应用电压和聚合物溶液的电导性决定的,溶液电导率大,使得在电纺过程中喷射流表面电荷密度高,纤维分化能力增强,有利于纤维的拉伸,容易生成没有珠滴而且较细的纤维[6].从.1中可以看出,共混纺丝液的电导率高于纯丝素溶液的电导率,是由于极性溶剂三氟乙酸作为一个电解度较高的质子给体,易于同大分子上的极性基团结合,使得纺丝液电导率增大,纳米纤维的直径比纯纳米纤维的直径细;而在不同的共混配比中,随含量的增多,纺丝液的电导率也在逐渐增大,纤维直径随之变细..1//(/)195/590/1085/15366933138227602(.).302.3/共混纳米纤维毡的力学性能.2所示.纯纳米纤维毡的相对强度与断裂伸长率都较高,这是由于是一种多羟基,柔性长链大分子,具有良好力学性能;纯纤维毡的