乙基纖維素微納米纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納米纖維材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種乙基纖維素微納米纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維素是地球上最豐富的可再生資源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界范圍內(nèi)每年產(chǎn)生的植物資源高達(dá)10，000億噸。纖維素可以通過光合作用由水和二氧化碳合成，又能被大自然中微生物完全降解，具有良好的生物相容性，因此它是一種可再生資源和環(huán)境友好材料。纖維素由于其可再生，可降解和環(huán)境友好等特點(diǎn)，可以用來制備多種功能的纖維素產(chǎn)品，還可以通過衍生化反應(yīng)制備各種纖維素衍生物，能夠部分代替石油資源，而如今石油等一次性能源面臨資源短缺、價格上升等問題使得纖維素及其衍生物作為基質(zhì)材料的潛在使用范圍非常廣泛，成為世界各國競相開發(fā)的熱點(diǎn)。目前，纖維素及其衍生物已廣泛應(yīng)用于紡織、塑料、造紙、食品、醫(yī)藥、建筑、生物和軍事等領(lǐng)域并迅猛發(fā)展，未來纖維素及其衍生物將最有可能成為化學(xué)化工的重要原料之一。
[0003]乙基纖維素是最早工業(yè)化生產(chǎn)的纖維素衍生物。乙基纖維素的化學(xué)穩(wěn)定性非常好，能耐各種堿、稀酸、鹽溶液；對光有優(yōu)良的穩(wěn)定性，紫外線照射不會使之變色；乙基纖維素基薄膜和塑料在很寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度；由于其具有獨(dú)特而優(yōu)良的性能，因而用途廣泛，主要用途有以下方面:作為塑料基材用于注射或擠壓成型薄片、薄膜和包覆層材料；熱熔涂料，可剝性涂料，凝膠型涂料，油漆、噴漆；聚氯乙烯亞光膜添加劑，粘結(jié)劑、改性劑，合成高分子材料懸浮聚合分散劑；醫(yī)藥及食品等領(lǐng)域。
[0004]纖維素衍生物如HEC、CMC、MC、HPMC、EC等通過靜電紡絲制備納米纖維的技術(shù)多有報道，但只是局限于實(shí)驗(yàn)室研究，產(chǎn)量太低。
[0005]離心紡絲技術(shù)作為一種可制備微納米纖維的重要方法，在產(chǎn)量方面，其單個噴嘴與傳統(tǒng)靜電紡絲相比可高達(dá)近千倍；在原料選擇方面，離心紡絲不再受材料極性的限制。
[0006]在現(xiàn)有的離心紡研究成果中，紡絲原料主要采用合成高聚物如PAN、PA6、PP、PBT、PMMA、PVP和ΡΕ0等，其主要原因是由于合成高聚物分子鏈規(guī)整、無支鏈或者支鏈含量少，并且相對分子量高且分布范圍窄適合于紡制纖維，這也符合成纖高聚物的一般要求。然而，天然高分子如淀粉、纖維素等由于其來源本身就存在差異導(dǎo)致相對分子量分布廣泛，并且有些主鏈上支鏈成分較多或者側(cè)基龐大，這給纖維素衍生物的紡絲帶來了困難，即單純的纖維素衍生物溶液很難紡絲。
[0007]目前已知的報道中，如文章“Xiaohui ffu, Linge Wang, et al..Effect ofSolvent on Morphology of Electrospinning Ethyl Cellulose Fibers[J].Journalof Applied Polymer Science, 2005，97 (3): 1292-1297.，，和 “Bilal Ahmad, SimeonStoyanov,et al..Electrospinning of ethyl cellulose fibres with glass andsteel configurat1ns [J].Food Research Internat1nal, 2013，54 (2): 1761-1772.，，中，選取相對分子量較高分布范圍窄的乙基纖維素藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究，但是提純后的藥品價格昂貴只適于實(shí)驗(yàn)室研究，無法推廣生產(chǎn)；如文章“Audrey Frenot, Maria ffaleniusHenriksson, et al..Electrospinning of Cellulose-Based Nanofibers[J].Journal ofApplied Polymer Science, 2007, 103:1473 - 1482.”中，采用水溶性的衍生物進(jìn)行研究，這樣生產(chǎn)出的纖維遇水溶解，大大限制了其應(yīng)用范圍；又如“Um-1-Zahra, S.，et al..Studyof sustained release drug-loaded nanofibers of cellulose acetate and ethylcellulose polymer blends prepared by electrospinning and their in-vitro drugrelease profiles [J].Journal of Polymer Research, 2014，21 (12): 602-613.，，等一些文章中，多數(shù)使用有毒性的有機(jī)溶劑溶解乙基纖維素制備納米纖維，采用有毒的有機(jī)溶劑不僅存在安全隱患，也會導(dǎo)致空氣或水體污染，不利于環(huán)境保護(hù)，而且這些研究都是采用靜電紡，在產(chǎn)率上明顯低于采用離心紡絲技術(shù)的紡絲效率。
[0008]目前，通過離心紡絲技術(shù)制備乙基纖維素微納米纖維的報道尚未出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種采用無毒的二元溶劑體系快速制備乙基纖維素微納米纖維的方法。該方法以乙基纖維素為原料，添加可以提高可紡性的聚氧化乙烯，以乙醇和水為溶劑，通過離心紡絲技術(shù)，調(diào)整溶劑及相關(guān)紡絲條件參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了乙基纖維素微納米纖維的快速制備。
[0010]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0011]提供一種乙基纖維素微納米纖維的制備方法，包括以下步驟:
[0012](1)離心紡絲法制備乙基纖維素微納米纖維
[0013]按質(zhì)量比10?20: 1將乙基纖維素和聚氧化乙烯混合，然后溶于體積比為7: 3的乙醇和水的混合溶劑中，室溫下攪拌10小時制得紡絲液；紡絲液中，乙基纖維素的濃度為10?20% (w/v)，聚氧化乙稀的濃度為1% (w/v)；
[0014]將紡絲液注入到離心紡絲裝置中，在轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘、接收距離12厘米的條件下進(jìn)行離心紡絲，采用環(huán)形收集方式收集乙基纖維素微納米纖維，控制環(huán)境濕度為45±5% ；
[0015](2)乙基纖維素微納米纖維的后處理方法
[0016]將乙基纖維素微納米纖維浸入去離子水中，在常溫下浸泡96小時；浸泡過程中每隔24小時取出并以去離子水重復(fù)沖洗，更換浸泡所用去離子水；浸泡完成后將乙基纖維素微納米纖維放入真空干燥箱中，在50°C下干燥24小時，得到去除了聚氧化乙烯成分的乙基纖維素微納米纖維產(chǎn)品。
[0017]本發(fā)明中，所述的乙基纖維素的黏度為18?330mPa *s，所述的聚氧化乙烯的相對分子量范圍為100，000?4，000，000。
[0018]本發(fā)明中，所述離心紡絲裝置中的噴絲器采用點(diǎn)膠針頭作為噴絲頭。
[0019]本發(fā)明中，制備得到的乙基纖維素微納米纖維的直徑為500nm?10 μ m。乙基纖維素微納米纖維的直徑根據(jù)使用的針頭直徑變化而變化，針頭越細(xì)纖維直徑越小。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021](1)本發(fā)明方法操作簡單，工藝步驟少，通過離心紡絲技術(shù)，可以獲得微納米級的纖維，過程穩(wěn)定高效，適用于乙基纖維素的規(guī)?；a(chǎn)，同時也適用于不同種類纖維素衍生物的紡絲。
[0022](2)本發(fā)明所使用的原材料廉價易得，制備的纖維可以控制在500nm?10 μπι之間，拓寬了其在紡織、過濾、生物、食品和