[发明专利]一种利用Janus并列针头静电纺丝制备核壳结构的微纳米纤维膜的方法

说明书

本发明涉及一种利用Janus并列针头静电纺丝制备核壳结构的微纳米纤维膜的方法，这种针头末段由双通道组成，前段双通道合并成单通道，从而达到将两种溶液混合进一步得到核壳结构纤维的目的。静电纺丝过程包括如下步骤：将高分子溶解在溶剂中搅拌至完全溶解，或加热熔融得到纺丝前驱液；用注射器分别抽取两种不同高分子溶液或熔体通过乳胶管连接于Janus并列针头的双通道端；高压电源的正极连接于Janus并列针头的单通道段，负极连接于接收装置；设置纺丝参数，接通电源，纺丝一段时间，得到具有核壳结构的纳米纤维膜。本发明制备方法简单，核壳结构可控，成本较低，可以用于过滤吸附、药物担载、组织工程支架等领域。

技术领域

本发明属于静电纺丝微纳米纤维的制备技术领域，具体涉及一种利用静电纺丝制备具有核壳结构的微纳米电纺纤维的方法，特别涉及一种利用Janus并列针头静电纺丝制备具有核壳结构的微纳米纤维膜的方法。

背景技术

高分子材料由于其来源广泛，绿色环保的特点在近年得到了飞速发展，其分子量范围较大，种类繁多，具有多样的性能，可以满足不同场合的需要。为了更好地利用高分子材料，科学家们试图通过控制材料的微观结构来改变材料性能，从而得到具有新功能的高分子材料。静电纺丝技术是一种常用的制备微纳米纤维的方法，其原理是利用高压静电将高分子熔体或溶液拉伸成为超细纤维。典型的静电纺丝装置由高压电源、推进器和接收装置组成。其中，推进器将溶液或高分子熔体以一定速度推出，高压电源产生电场力并作用于带电液滴上，带电液滴在电场力和表面张力等相互作用下形成Taylor锥，随后被拉伸成纤维落于接收器上形成无纺布状的纳米纤维膜。

近年来，单一的高分子材料制得的纤维逐渐无法满足人们的需求，人们通过两种材料的复合对纤维的性能进行调整，其中，核壳结构是纤维复合过程中的一种典型结构，这种纤维通过一种材料包覆另一种材料，除了可以提高可纺性、赋予材料新的性能之外，核壳结构纤维中壳层材料可以保护核层不受破坏，核层材料对壳层有一定的力学性能的支撑，广泛适用于过滤吸附、药物缓释以及组织支架等领域。目前，制备核壳结构纤维的主流方法是通过同轴针头静电纺丝，同轴针头由直径大小不同的双针头构成，核层纺丝前驱液注入直径较小的针头，壳层纺丝前驱液注入直径较大的针头，通过调整纺丝参数即可获得核壳结构纤维。可是这种针头由于其复杂的内部结构，加工制造过程繁复且清洗十分麻烦，容易在针头中残留聚合物，影响针头的二次使用。此外，具有核壳结构的纤维其壳层与核层组分的尺寸受限于针头直径的大小，想要得到不同厚度的核壳纤维需要更换不同的针头，生产效率低下。而Janus针头是将两个医用注射器针头并列放置在一起，前段用胶带固定在一起，制造方便，成本低廉，清洗时可以将两部分针头拆卸下来分别进行清洗，不影响针头的多次使用。但是，利用Janus针头纺丝通常得到的是两种高分子材料并列分布的纤维，无法制备具有核壳机构的纤维。因此，本发明提出在Janus并列针头的基础上，在喷丝头前段加一合并的通道，将两侧溶液在纺丝之前进行混合。由于两种溶液表面张力不同、重力不同、表面能量分布最小化等多种原因，纺丝过程中一种溶液会包覆住另一种溶液，从而得到具有核壳结构的纤维。本发明可以通过调整两种组分的推进速度、浓度等改变纤维中核层的厚度，从而制备不同直径、孔隙率、微结构的纳米纤维，操作简单，适用于工业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用Janus并列针头静电纺丝制备具有核壳结构的微纳米纤维膜的方法。本发明通过利用一种Janus并列针头将两种高分子溶液进行混合电纺，利用两种高分子溶液表面张力不同、重力不同、表面能量分布最小化原则，制备得到具有核壳结构的纳米纤维。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用Janus并列针头静电纺丝制备具有核壳结构的微纳米纤维膜的方法，具体步骤如下：

A、将两种不同高分子固体分别加入溶剂中搅拌溶解，或者加热至熔融状态得到两种高分子的纺丝前驱液，两种前驱液质量浓度皆为1％～50％；