[发明专利]一种将羧甲基纤维素进行静电纺丝制成纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，特别涉及生物可降解纳米材料及静电纺丝的技术领域。

背景技术

静电纺丝法是一种高效制备纳米纤维的技术，形成非牛顿流体的高聚物或熔融体在突破高压静电力的作用下，形成纳米纤维，只有具有非稳定性的非牛顿流体才能进行静电纺丝，这是该方法的基本特征之一。不仅可将多种合成和天然聚合物电纺成单一纳米纤维，还可以得到复合纳米纤维材料，例如同轴纺丝、三轴纺丝、多层交叉纺丝等技术的应用，推动了该技术的快速发展。

由于纳米纤维材料性能的优良特性，在膜过滤器、组织工程支架、生物工程、临床医学、超敏传感器、锂电池材料和超级电容器等方面具有巨大的研究价值、然而，目前能进行静电纺丝的常用聚合物种类还相对较少，主要集中在聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，而对多糖类物质和天然聚合物的静电纺丝研究一直是该领域的难点，极度限制了静电纺丝研究的进一步发展。

纤维素及衍生物是最有规模前景的资源之一，具有其他材料无法比拟的研究价值，该类材料已经在静电纺丝研究方面受到学者的广泛关注。被称为“工业味精”的羧甲基纤维素（CMC）有着其他材料无法比拟的优点，它成本低，易水溶、环境友好、工艺简单，广泛应用于石油、涂料、食品、膜材料、陶瓷、医药、电池、航天航空材料等领域。但由于它自身结构和性能的原因，其合适的电纺丝途径一直鲜有报道。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种可将羧甲基纤维素（CMC）纺成纤维的方法。

本发明包括以下步骤：

1）将微晶纤维素和浓硫酸混合，在45℃条件下搅拌反应，反应结束后加入蒸馏水，取得浊液；

2）以蒸馏水离心洗涤所述浊液，转入透析袋中，放入去离子水中透析，当去离子水的pH值达到中性时，取得纤维素纳米晶悬浮液；

3）将羧甲基纤维素（CMC）和聚乙烯醇（PVA）溶解于去离子水中，得到羧甲基纤维素（CMC）和聚乙烯醇(PVA)的混合溶液，再将混合溶液与纤维素纳米晶悬浮液混合，磁力搅拌后静置，得到去除气泡的静电纺丝溶液；

4）静电纺丝：将所述静电纺丝溶液经静电纺，取得纤维。

本发明步骤1）中浓硫酸的浓度是经过试验得到的最佳浓度，45℃酸解可保证微晶纤维素得到充分的酸解，如使用更高的温度，纤维素会在短时间内内碳化。而低温会耗用更长的反应时间，且产物尺寸不能保证均一。

本发明通过在羧甲基纤维素（CMC）水相体系中加入聚乙烯醇（PVA）溶液和酸解后的羧甲基纤维素悬浮液，有效地改善了羧甲基纤维素（CMC）的可纺性，由此得到的纳米纤维直径约为300nm，表明光洁，连续性好，粗细均匀，粗细度分散较窄。

进一步地，本发明所述步骤1）中微晶纤维素的聚合度为210～240，直径10～20 μm，长度100～200 μm。

另外，所述步骤1）中，浓硫酸和蒸馏水的混合体积比为1∶1，微晶纤维素与浓硫酸的混合比为1g∶8～15 mL。如果浓硫酸浓度过低会造成酸解不充分的状况，浓度过高容易导致纤维素碳化。

所述步骤1）中，搅拌速度为200～600 r/min。若转速过低，将无法分散纤维素使其充分酸解，若转速过高，会出现爬杆等不良现象。

所述步骤2）中每次离心10min，离心机转速9000rmp/min。纤维素以溶胀状态分散于水中，若转速过低，无法将酸解不充分的纤维素离心下来，转速达到9000就可以了，转速过高没有必要。

所述去除气泡的静电纺丝溶液中羧甲基纤维素（CMC）的质量占比为1.0%，聚乙烯醇（PVA）的质量占比为2.0%，纳米晶纤维素（NCC）的质量占比为0.7%。实验结果表明，单纯的纳米晶纤维素（NCC）悬浮液的加入不能很好地改善CMC的可纺性，纤维表面形貌不光洁，粗细不均匀，加入适量PVA溶液后，有效拓宽了CMC的纺丝窗口，而且所得纤维直径约为300nm，表面光洁，连续性好，粗细均匀，分散较窄。

所述步骤4）中，静电纺时，静电纺丝装置的针尖与接收装置间的距离为15cm，溶液流速为0.85ml/h，电压为18kV，该条件下得到的纤维形貌最为理想。

附图说明

图1 为实施例1制备所得纤维的光学显微镜照片。

图2 为对比例1制备所得纤维的光学显微镜照片。

图3 为对比例2制备所得纤维的光学显微镜照片。

图4为实施例1制备所得纤维的扫描电镜照片。

图5为对比例1制备所得纤维的扫描电镜照片。