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静电纺丝制备壳聚糖/聚乙烯醇超细纤维及性能研究

张园园  
【摘要】:静电纺丝(简称电纺)是一种制备超细纤维的重要方法,电纺纤维直径可达到亚微米级至纳米级。电纺超细纤维膜具有纤维直径小、比表面积高等优点,在组织工程支架、控制释放体系、伤口敷料等方面有着潜在的应用前景。 本文以稀乙酸水溶液为溶剂,由壳聚糖/聚乙烯醇(PVA)的溶液制备电纺纤维膜。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察电纺纤维的微观形貌并统计纤维直径分布,系统分析溶液参数(溶液浓度、壳聚糖/PVA质量比、溶剂浓度)和过程参数(电压、接收距离、溶液流速)对电纺纤维形成与微观形貌的影响。采用场发射扫描电镜能谱(EDX)和透射电镜能谱(EDS)分析了电纺纤维膜中纤维和珠的成分; 采用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)等方法分析了壳聚糖与PVA分子间的相互作用,同时也测定了共混纤维膜的吸水率。 结果表明,对壳聚糖/PVA的乙酸溶液静电纺丝,可以成功地制备电纺壳聚糖/PVA超细纤维膜。溶液的粘度和壳聚糖/PVA质量比直接影响溶液的可纺性,而溶液的粘度又是由溶液的浓度、壳聚糖/PVA质量比、乙酸浓度共同决定的。当溶液粘度在4.00-10.00Pa?s且壳聚糖的含量小于60%时,可以在接收装置上得到圆形的电纺纤维膜。溶液浓度为7%w/v、乙酸浓度为2wt%、壳聚糖/PVA质量比为40/60是最佳的溶液参数,有着最佳的纺丝效果和纤维形貌。电压、接收距离和流量对溶液的可纺性的影响不明显,综合考虑,确定最佳的纺丝电压是15kV,接收距离为10cm,流速为0.12mL/h。电纺过程中始终伴随着珠或珠丝现象,调整各种参数可以改善纤维形貌,但不能彻底消除珠丝缺陷。纤维的直径主要分布在50-150nm,珠的纵向直径主要集中在200-500nm。通过EDX和EDS的分析,都表明壳聚糖/PVA的电纺纤维膜中纤维和珠的成分都含有壳聚糖和PVA,通过FT-IR、XRD、DSC分析证明了壳聚糖和PVA分子间有一定的相互作用,形成了较强的氢键作用,减小了壳聚糖的氨基对电纺过程的阻碍作用。PVA的加入改善了溶液的电纺性能,也提高了电纺膜的吸水性能,从而扩大了壳聚糖/PVA电纺膜在医用上的应用范围。


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