海藻酸钠纤维的电纺性研究
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电纺纤维交联处理前后的红外谱图见图 5。图 5 (a) 中 1 454 cm-1 和 1 235 cm-1 两处的峰分别是
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分别将海藻酸钠与 PEO 溶解在去离子水中制 备成 4 %的溶液,离心脱泡。按照不同的体积比将 海藻酸钠与 PEO 两种溶液混合,搅拌 3 h,向混合 溶液中加入 0.5 %Triton X- 100 和 5 %的 DMSO,搅 拌 3 h,离心脱泡。 1.2.2 静电纺丝
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海藻酸钠具有优良的生物相容性、无毒副作 用、可控的生物降解性、无抗原体等特征,已被广 泛应用于组织工程学及医学领域中。静电纺丝已被 证实为制备纳米结构纤维的有效途径 [1-5],但电纺 制备纳米级海藻纤维很困难。这是由于海藻酸钠溶 液在很低浓度下 (例如 2 %的海藻酸钠水溶液) 会 发生凝胶化。在如此低的浓度下,溶液中缺少产生 纤维结构的物质,取而代之的是喷射的液滴或者包 埋在串珠中的短纤维。如果溶液浓度稍微提高,溶 液变得粘稠而不能电纺。解决这个问题的方法之一 是,向海藻酸钠溶液中加入第二种聚合物、表面活 性剂和/或共溶剂。添加剂的加入与海藻酸钠溶液 相互作用,降低了溶液黏度,从而控制海藻酸钠溶 液的溶胶- 凝胶转变。本文利用这个原理成功得到 了电纺海藻酸钠纤维。
Electrospinning of Sodium Alginate Nanofibers SHENG Bing- bing1, KONG Qing- shan1,2, JI Quan1, XIA Yan- zhi1, YU Jian2
(1. Advanced Fibers and Modern Textile Cultivation Base for State Key Laboratory,Qingdao University,
图 5 海藻酸钠 a/PEO 纤维的红外光谱
2.4 疏水性的改善 海藻酸钠与 PEO 都是水溶性的,故所得海藻
酸钠/PEO 电纺纤维在水中快速溶解。因此,必须 改善纤维的疏水性能,提高应用范围。将电纺纤维 交联处理后,疏水性得到极大的改善。图 6 为交联 纤维浸没在水中 10 天后干燥所得的电镜图片。由 图 6 可知,纤维形貌依然较为清晰,呈网状分布在
Qingdao 266071, Shandong, China; 2. Institute of Polymer Science and Engineering, Department of Chemi
cal Engineering, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
was used to observe the morphology of the fibers. It showed that better nanofibers were obtained when the
ratio of sodium alginate a/PEO was 6 ∶4. The anti - water property of the electrospun fibers had been
丝。扫描电镜等测试结果表明:海藻酸钠 a/PEO 比例为 6∶4 时得到无串珠的光滑纤维,并且纤维直径分
布均匀。用乙醇/氯化钙 (CaCl)2 处理电纺纤维,其疏水性得到极大改善。 关键词:静电纺丝;海藻酸钠;疏水性
中图分类号:TQ341.9
文献标识码:A
文章编号:1001- 7054 (2008) 05- 0013- 03
钠样品 a、b、c,黏度分别为 520 m/s,460 m/s 和 150 m/s;二甲基亚砜 (DMSO),C.R.,天津市博迪 化工有限公司;曲拉通 Triton X- 100 (烷基芳基醚 醇),非离子表面活性剂。
实验室自制静电纺丝设备见图 1。
图 1 静电纺丝装置图 注:外有箱体,加热装置
1.2 实验方法 1.2.1 纺丝液的制备
Abstract: Natural biopolymer sodium alginate had been electrospinning from aqueous solution by blending
with a biocompatible, synthetic polymer poly(ethylene oxide) (PEO). Scanning electronic microscope (SEM)
参考文献 [1] Zheng - Ming Huang, Y Z Zhang, et al. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites[J]. Composites Science and Technology, 2003, 63:2 223- 2 253. [2] Wen- Ji Jin, Hwang Kye Lee, et al. Preparation of polymer nanofibers containing silver nanoparticles by using poly (N - vinylpyrrolidone) [J]. Macromol Rapid Commun, 2005, 26:1 903- 1 907. [3] R Siddheswaran, R Sankar, M Ramesh Babu. Preparation and chara- terization of ZnO nanofibers by electrospinning [J]. Cryst Res Technol, 2006, 41:446- 449. [4] Wu Aik Yee, Masaya Kotaki, et al. Morphology, polymorphism behavior and molecular orientation of electrospun poly (vinylidene fluoride) fibers[J]. Polymer, 2007, 48:512- 521. [5] 赵治贞.电纺制备聚偏氟乙烯超细纤维膜及性能研究[D].天津大学 硕士学位论文, 2004.
用 DDS- 11A 型数字电导率仪 (上海雷磁新泾 仪器有限公司) 测试溶液的电导率。 1.3.2 扫描电镜
用 JSM- 6390LV 扫描电镜 (日本 JEOL 公司) 观察所纺纤维的形貌。 1.3.3 红外光谱
用 Nicolet 5700 红外光谱仪 (美国热电科技仪 器有限公司) 分析纤维结构特征,使用其智能附件 镜面全反射 Mask,分束器 KBr ,扫描次数 32,分 辨率 8 cm-1。
PEO 与海藻酸钠之间的相互作用抑制了海藻酸钠的
解离。
2.2 扫描电镜观察
在 电 压 15 kV、固 化 距 离 20 cm、 纺 丝 温 度 40 ℃的条件下进行静电纺丝,所得纤维如图 2 ̄4 所示。
(a) 7∶3
(b) 6∶4
图 2 海藻酸钠 a/PEO 混合水溶液电纺纤维电镜图
(a) 7∶3
(b) 6∶4
力,使液流拉伸分裂成纤维。
图 4 海藻酸钠 c/PEO (7:3) 混合水溶液电纺纤维电镜图
对比图 2 (a)、图 3 (a)、图 4 可知,在海藻 酸钠/PEO 比例均为 7∶3 时,随着海藻酸钠黏度的降 低,电纺纤维中出现串珠。串珠出现表明电纺溶液 的粘弹性变小,在电场力作用下,射流出现被拉断 现象。
样品
a
5.20
b
4.15
c
2.99
a
4.03
b
3.13
海藻酸钠是一种具有高电导率的聚电解质,
可形成一系列黏度的溶液。聚电解质间的相互排斥
力是阻碍海藻酸钠静电纺丝的关键因素。PEO 的加
入使得海藻酸钠与 PEO 间产生相互作用,降低了
海藻酸钠之间的排斥力。由表 1 可知,随着 PEO
含量的增加,混合溶液的电导率逐渐降低,表明
improved by a combination of ethanol and CaCl2. Key words: electrospinning, sodium alginate, anti- water property
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2 结果与讨论
பைடு நூலகம்
2.1 纺丝液性质
电压 15 kV、固化距离 20 cm、纺丝温度 40 ℃
时,对不同溶液进行静电纺丝,溶液电导率的变化
如表 1 所示。
表 1 海藻酸钠/PEO 共混液性质
溶液质量百分浓
度% 4 4 4 4 4
海藻酸钠:PEO
7∶3 7∶3 7∶3 6∶4 6∶4
选用的海藻酸钠 电导率/ms·cm- 1
铝箔纸上。
图 6 交联处理后的海藻纤维电镜图
3 结语
运用静电纺丝法成功制备了海藻酸钠/PEO 纤 维。海藻酸钠本身不能电纺成纤维,其可纺性可通 过共混 PEO 得到改善。海藻酸钠 a/PEO 比例为 6∶4 时,得到无串珠的光滑纤维,并且纤维直径分布均 匀。用乙醇/CaCl2 处理过的电纺纤维疏水性得到极 大的改善。本文提供了制备超细海藻纤维的一种可 行方法,使海藻纤维能在生物医用领域得到更广泛 应用。
1 实验
1.1 实验原料及装置 聚环氧乙 烷 (PEO),平 均 相 对 分 子 质 量 为
1 500 000,C.R.,长春市大地精细化工厂;海藻酸
收稿日期:2007- 12- 10 修回日期:2008- 01- 24 基金项目:国家自然科学基金项目 (No.50673046),青岛市科技发 展计划项目 (05- 2- JC- 62)。 作者简介:盛冰冰 (1982 ̄),女,在读硕士研究生,主要从事纳米纤 维方面的研究。 * 通讯联系人。