天然高分子的静电纺丝.pdf

纤维技术Fiber Technology 40 纺织导报 China Textile Leader·2006 No.7 近年来，聚合物纳米纤维的制备研究引起了人们很 大的关注。这是由于当纤维直径由微米级（10 ～ 100 μm） 降至纳米级（10 ～100 nm）时，纤维将具有一些特殊的 性质，如大的比表面积、超强的力学性能等。静电纺丝技 术是一种直接且相对容易的纳米纤维制备方法，它的历史 可追溯至60年前，在1934年到1944年之间，美Formalas 发表了一系列专利，描述了在静电场力作用下制备聚合物 纤维的装置；近20年来，静电纺丝再次受到了研究者的 重视。 静电纺丝装置主要由3部分组成：用于输送聚合物熔 体或溶液的毛细管、外加高压电场及纤维的收集装置。许 多研究者根据各自的需要，对各部分不断进行改进，但设 备的基本组成并无变化。输送聚合物的毛细管多为移液管 或尖端磨平的注射器针头，聚合物的熔体或溶液的输送速 度可由空气压力、微量注射泵控制，也可通过与水平成一 定角度的移液管由聚合物本身的重力控制。在静电纺丝中， 常常以插入聚合物液体中的金属丝，或在毛细管出口处与 聚合物液体相连的金属夹，使聚合物液体一端接上高压 电；收集装置通常为接地的金属箔、金属网或转鼓，也可 根据聚合物的性质采用棉布、纸、水浴等。 天然高分子的静电纺丝 摘要：静电纺丝技术是一种直接且相对容易的纳米纤维制备方法。文章综述了天 然高分子的静电纺丝，该技术通常采用有机溶剂制备纺丝液，如采用六氟丙醇、六 氟丙酮及三氟乙酸等。天然高分子常规纺丝法所得纤维的直径通常在几微米至几 十微米之间，而静电纺丝得到纤维直径在微米以下，甚至在纳米范围，大大低于 常规纺丝法。静电纺丝的天然高分子纤维无纺织物在外伤敷料、组织工程支架和 药物释放系统等医学领域具有许多潜在用途。 关键词：天然高分子；静电纺丝；超细纤维；纳米技术 中图分类号：TQ 340.64 文献标识码：A 文章编号：1003－3025（2006）07－ 0040－03 天津理工大学生物与化学工程学院 张春雪 天津大学材料科学与工程学院 袁晓燕 盛 京 作者简介： 张春雪，1969年生，女，博士，天津，300191 基金项目：天津市高等学校科技发展基金 在静电纺丝过程中，聚合物液体细流要经过鞭动不稳 定流动区（whipping instability）之后，才到达接收装置， 聚合物纤维往往散乱地排列成无纺织物形式。静电纺丝的 无纺织物具有较高的孔隙率和较高的比表面积。 静电纺丝技术广泛地用于过滤材料、多功能纳米管， 特别是医学领域的外伤敷料、组织工程支架、药物释放系 统等的研究。因为，在生物体的连接组织中，细胞外基质 为一个粘多糖和纤维蛋白（如胶原）的复合结构，而胶原 纤维结构通常是一个纳米尺寸的三维网络结构。因此，设 计人体组织工程支架的一个思想就是用纳米纤维构建具有 纳米尺寸的三维结构，以进行生物组织的建构。目前，静 电在医用领域的研究主要集中在聚丙交酯、聚乙交酯、聚 己内酯等合成的可降解聚合物上。与合成聚合物相比，天 然高分子有较好的生物相容性，更适合人体。天然高分子 如壳聚糖、明胶、海藻酸盐等，利用常规的干法或湿法纺 丝可得到直径在几十至几百微米的常规纤维。为得到直径 更细的天然高分子纤维，研究者们开始尝试用天然高分子 进行静电纺丝。但由于天然高分子多为聚电解质，通过静 电纺丝制备天然高分子的纳米纤维较合成高分子困难。 因此报道天然高分子的静电纺丝的文献相对较少。已进 行静电纺丝研究的主要有以下几种天然高分子。 1 纤维素（cellulose） 纤维素是一种无毒、可降解的天然多糖，其大分子链 纺织导报 China Textile Leader·2006 No.7 41 Fiber Technology纤维技术 上存在大量的羟基，使纤维素分子之间形成较强的氢键， 因此许多有机和无机溶剂都难以溶解纤维素。目前，纤维 素衍生物的静电纺丝研究较多，如醋酸纤维素、乙基纤维 素、羟丙基 — 甲基纤维素。纤维素超细纤维的制备常常是 通过纤维素的衍生物静电纺丝得到衍生物超细纤维，再经 过水解得到纤维素纤维。例如，以丙酮/水混合液或丙酮/ 二甲基甲酰胺混合液溶解醋酸纤维素进行静电纺丝，之后 将得到的超细纤维放在含有乙醇的KOH 或 NaOH 溶液中 进行水解，水解后纤维形态不会改变，当然这样得到的纤 维通常是纤维素和其衍生物的混合物。 能够使纤维素直接静电纺丝的溶剂很少，最有发展 前途的是能够直接溶解纤维素的甲基吗啉氧化物（N — Methylmorpholine — N— oxide，NMMO），NMMO 难挥 发，使静电纺丝形成的纤维在收集过程中比较容易粘结 在一