[发明专利]一种规则化静电纺中空纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属静电纺中空纤维领域，特别是涉及一种规则化静电纺中空纤维的制备方法。

背景技术

静电纺丝技术是制备得到超细纤维的极为简便的方法。通过静电纺方法可以制得的纤维直径在几十纳米至几微米的范围。这种超细纤维由于其纳米级的一维形态和极高的比表面积会在不同领域内展现出惊人的特性并有着极大的应用前景。

中空纤维是一种内径相同的超细管状结构，可采用聚酯、聚砜、聚丙烯等高分子制造。主要用于人工透析和超滤装置，在也可用作质轻、蓬松、保暖性好的服用材料。一般采用纤维模板法，气体导管向喷出聚合物熔体或纺丝溶液的中部吹入惰性气体，或采用两个同心圆截面组成的喷丝孔，还可以利用由不闭合的圆弧或曲线缝组成的异型喷丝孔，当熔体喷出后，由于熔体的孔口膨胀效应，使其相互连接形成中空异型纤维。以这些方法获得的中空纤维直径都在100微米以上。而利用静电纺丝方法可以轻而易举的获得直径在几微米甚至几百纳米的中空纤维。更小的直径尺寸可以大幅度提高中空纤维的比表面积从而可以大大提高中空纤维分离过滤的效率。在静电纺中空纤维中加入功能性材料，利用其静电纺中空纤维的小尺寸，和特殊形态结构的特点可以制备应用于特殊领域中的纳米线器件。

现有的获得静电纺中空纤维的方法大都采用同轴双层喷丝孔进行静电纺丝，聚合物溶液从外层喷出，不溶性的油、溶剂或溶液从内层孔同时喷出，在静电场下形成纤维，所获得的纤维经后处理去处核心的物质，从而获得静电纺中空纤维。

Dan Li等(D.Li，Y.Xia，Nano Lett.2004，4,933和D.Li，J.T.McCann，Y.Xia，Small2005，1，83)也是利用这种方法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与Ti(OiPr)₄作为壳层，以矿物油作为核芯，再经煅烧制备出直径小于500nm二氧化钛中空纤维。

Hongliang Jiang等(Hongliang Jiang，Pengcheng Zhao，Kangjie Zhu.Fabrication andCharacterization of Zein-Based Nanofibrous Scaffolds by an Electrospinning. Method.Macromol.Biosci.2007，7：517-525)利用这种方法静电纺出以玉米蛋白作为壳层，聚己内酯作为核芯的直径为1微米的纤维，再用氯仿萃取出聚己内酯得到玉米蛋白静电纺中空纤维。

Y. Dror等也用这种方法以聚己内脂(PCL)为壳层，以聚氧乙烯(PEO)作为核芯的直径为5微米的纤维，经后处理获得PCL中空纤维。并对这种制备方法进行了机理解释。

但是这种方法较为复杂，要制备特殊的喷丝头，由于采用两相体系，对静电纺丝过程中参数的控制更为严格，因此较难稳定地获得中空纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种规则化静电纺中空纤维的制备方法，该方法所用的设备为最普通的静电纺设备，纺丝溶液为单相体系，易于对其纺丝参数控制，并且无需任何后处理，整个加工过程简单易控制。

本发明的规则化静电纺中空纤维的制备方法，包括下列步骤：

(1)将高分子化合物溶解于良溶剂中制得均一的溶液；

(2)再加入不良溶剂配制成纺丝原液，良溶剂与不良溶剂的体积比为10/1～1/3；

(3)纺丝原液加入到容器中，由微量注射泵控制挤出，喷口接高压正极，可移动面积为0-100mm²的接地微电极作为负极，调节静电纺各种参数，进行静电纺丝；

(4)接地微电极向后连续移动，获得连续的规则化静电纺中空纤维束；

(5)将连续的中空纤维束经卷绕，收集得规则化静电纺中空纤维。

所述步骤(1)中的高分子化合物是聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸及其共聚物类、聚羟基乙酸及其共聚物类、聚3-羟基丁酸酯及其共聚物类、聚己内酯(PCL)、聚碳酸酯(PC)、聚苯胺、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯咔唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚氯乙烯(PVC)、醋酸纤维素(CA)、聚酰胺等有机高分子化合物，浓度为3～20wt％，优选3-羟基丁酸与3-羟基戊酸共聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乳酸；

所述步骤(1)中的良溶剂是能使所纺高分子化合物很好溶解的溶剂，可以是二氯甲烷和酒精混合溶剂、三氯甲烷、二氯甲烷或丙酮；

所述步骤(2)中的不良溶剂是所纺高分子化合物不能很好溶解的溶剂，且相对于步骤(1)所用的良溶剂沸点较高，可以是N，N-二甲基甲酰胺、酒精或水；