[发明专利]改善聚丙烯腈羟乙基纤维素纳米复合纤维膜亲水性的方法

说明书

技术领域

本发明属静电纺纳米材料膜制备领域，特别是涉及一种改善聚丙烯腈羟乙基纤维素纳米复合纤维膜亲水性的方法。

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或固化，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纺丝方法细得多，直径一般在数十纳米到数百纳米。

聚丙烯腈耐一般溶剂、不易水解、抗氧化、化学稳定性好，有优异的耐细菌侵蚀性，易于和多种单体共聚，同时还具有成膜性好等特点。因此聚丙烯腈分离膜已经商业化并且广泛应用于水处理、血液透析、蛋白质分离等方面。但是聚丙烯腈分子中含有极性很强的氰基，高分子链间的作用力强，柔韧性小，链的对称性差，机械强度不高。同时，未改性的聚丙烯腈生物相容性较差，容易导致蛋白质等在膜表面的粘附和固定化酶的失活。

为了获得性能更好的聚丙烯腈分离膜材料，众多研究者研究了表面接枝、复合等方法以对聚丙烯腈膜进行改性，研究表明改性后的聚合物在许多方面都优于原聚合物，如湿润性、相容性、抗氧化性以及机械物理性能等，因而能够在更为苛刻的条件下应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善聚丙烯腈羟乙基纤维素纳米复合纤维膜亲水性的方法，该方法充分结合了聚丙烯腈电防膜的优点，通过以聚丙烯腈为主要纺丝材料，并掺入富含亲水性功能基团-OH的羟乙基纤维素，通过调整溶剂及相关纺丝条件参数，实现了混纺，并利用戊二醛蒸汽充分活化混纺复合膜，促使复合膜上的相关基团在戊二醛的激发下反应，使得活化后的复合膜的亲水性大大增强。本方法快速、简便、廉价、高效，适合批量制备亲水性强的分析用聚丙烯腈(PAN)纳米膜。

本发明的一种改善聚丙烯腈羟乙基纤维素纳米复合纤维膜亲水性的方法，是利用静电纺技术混纺聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维膜制备出一种混纺复合膜，并将其处理改性后改善复合膜的亲水性，具体包括以下步骤：

(1)将6∶1的N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)和丙酮混合液放入反应容器内，于冰水中冷却；

(2)将聚丙烯腈(PAN)和羟乙基纤维素(HEC)粉末在搅拌下缓慢加入上述反应容器内，继续搅拌20～30min至完全溶胀；

(3)将反应容器置于水浴振荡器内，在回流冷凝下，缓慢加热至60～80℃，振荡15～30h至完全溶解，得透明状的PAN纺丝液；

(4)用注射器抽取PAN纺丝液，固定在静电纺丝装置上，调节纺丝参数进行电纺，得聚丙烯腈/羟乙基纤维素纳米纤维复合膜；

(5)将收集到的复合膜进行系列干燥后，剪成小块，悬空放入底部有25wt％戊二醛溶液的密封玻璃器皿中，用40～50℃水浴产生的戊二醛蒸汽交联2-3天；

(6)交联后的复合膜分别用乙醇溶液、双蒸水充分洗涤后放入真空干燥器中干燥，得改性后的聚丙烯腈羟乙基纤维素纳米复合纤维膜。

所述步骤(2)中的聚丙烯腈在二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的浓度是10wt％，羟乙基纤维素在二甲基乙酰胺和丙酮混合液中的浓度是0.2～0.8wt％。

所述步骤(4)中的注射器规格为5ml，针头内径约为0.4～0.7mm。

所述步骤(4)中的纺丝参数是喷出流速为0.5～1.5ml/h，静电压为12～20kv，接收屏采用铝箔接地接收，针头与接收屏的距离为15cm。

所述步骤(5)中的系列干燥方法是先将纺出的膜室温下干燥12h，然后放入烘箱中100℃干燥4～6h，最后放入真空干燥器中60～70℃干燥12h，小块的面积为4×4cm。

所述步骤(6)中的乙醇溶液是体积浓度为10％～20％的乙醇溶液，真空干燥温度为50～60℃，干燥时间为2-3天。

所述步骤(6)中的改性后的聚丙烯腈羟乙基纤维素纳米复合纤维膜，其纤维直径范围为100～220nm，直径随着羟乙基纤维素的加入量增加而增大。

本发明的有益效果：

(1)本发明操作简单，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)所使用的原材料廉价易得，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；

(3)采用戊二醛蒸汽活化后的复合膜的亲水性大大增加。

附图说明