一种采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，其先将其分子结构一端为阳离子，另一端为苯环结构的水溶性的阳离子染料，加入到质量百分比浓度为5‑30％的乙醇水溶液中，并用0.1M的NaOH溶液调节pH值至7.5‑8.5；然后，加入海藻酸钠粉末，充分溶解后，再缓慢滴加0.1M的盐酸溶液将pH值调至3‑5；其混合溶液中，海藻酸钠的质量分数为1％‑12％；经真空脱泡后，按常规静电纺丝工艺即可制得着色海藻酸钠纳米纤维膜。本发明专利技术具有工艺流程短、工艺控制简单、生产效率高，产品质量好、着色性能稳定等特点，产品适于用作过滤材料、外伤敷料、组织工程材料等的原料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种着色海藻酸钠纳米纤维膜的制备方法，尤其涉及一种采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法。
技术介绍
海藻酸钠纳米纤维膜是一种通过静电纺丝方法制得的具有相互联通、表面积超大等优点的新型材料，可广泛应用于组织工程、创伤敷料等生物医用领域。由于海藻酸钠分子链段(尤其G段)刚性较强，而且带有较多的负电荷，其分子链较为伸展；并且，因海藻酸钠与水之间存在强的氢键作用，一般不能形成有效的链缠结，导致在静电纺丝时不足以稳定射流，可纺性差，不能进行稳定的静电纺丝。现有技术中，海藻酸钠纳米纤维膜的制备过程中，一般在海藻酸钠溶液中除了需要加入大量的如乙醇或甘油，以及表面活性剂等外加剂之外，还需要外加一定量的高分子助纺剂成分(如，聚乙烯醇)，以增加海藻酸钠分子链间的链缠结，改善其可纺性能，以满足静电纺丝的工艺要求。但是，高分子助纺剂作为产品的非有效成分，最终将存在于最终产品中，部分挤占了海藻酸钠成分的比例，使得最终产品中海藻酸钠的固含量一定程度地偏少，制约了海藻酸钠纳米纤维或纳米纤维膜产品的拉伸强度、抗剪切性能等物理指标的提高。而且，现有技术中，有色的电纺纳米纤维膜的生产工艺均包括两个工艺阶段，第一阶段，制备出纯海藻酸钠天然色(白色)的纳米纤维膜；第二阶段，将所制得的纳米纤维膜，进行染色处理。由于海藻酸钠的染色性能差，使得后期染色工艺复杂、繁琐，并且染色后的纳米纤维膜产品色牢度不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用静电纺丝工艺，一步到位直接制备出着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，其具有工艺流程短、工艺控制简单、生产效率高，产品质量好、着色性能稳定等技术特点。本专利技术为实现上述目的需要解决的技术问题是，寻找适于海藻酸钠静电纺丝工艺需要的化学染料，一方面，与海藻酸钠共混后，可有效增加海藻酸钠分子量之间的缠结；另一方面，化学染料分子与海藻酸钠分子之间均有良好的结合力，以保证最终产品的色牢度。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，使用去离子水作溶剂、无水乙醇作溶质，配制出一定量的质量百分比浓度为4％-30％的乙醇水溶液，备用；并按质量比1:0.005-0.1的比例，分别称取一定量的海藻酸钠和水溶性的阳离子染料，备用；上述水溶性的阳离子染料，其分子结构均为一端为阳离子，另一端为苯环结构；第二步，将所称取的阳离子染料加入到上述乙醇水溶液中，并用摩尔浓度为0.1M的NaOH溶液调节pH值至7.5-8.5，得到混合溶液A；然后，将海藻酸钠粉末加入到混合溶液A中，充分溶解后，得到混合溶液B；再缓慢滴加摩尔浓度为0.1M的盐酸溶液，将混合溶液B的pH值调至3-5；上述混合溶液B中，海藻酸钠的质量分数为1％-12％；第三步，将所得混合溶液置于真空脱泡机内快速脱泡，制得纺丝原液；第四步，将所得纺丝原液加入到静电纺丝机的注射器中，按常规静电纺丝工艺预先设定工艺参数、启动静电纺丝机进行静电纺丝，在接收装置上即得着色海藻酸钠纳米纤维膜。上述技术方案直接带来的技术效果是，工艺流程短、工艺控制简单、生产效率高，产品质量好、着色性能稳定。所制得的着色海藻酸钠纳米纤维膜适于用作过滤材料、外伤敷料或组织工程材料等的生产原料。为更好地理解上述技术方案的技术特点，下面详细阐明其技术原理。上述技术方案中，技术关键点之一是水溶性阳离子染料的选择：在海藻酸钠溶液中，水溶性阳离子染料的阳离子一端与海藻酸钠分子链上的阴离子通过静电作用结合。这样，一方面，可有效降低海藻酸钠分子链电荷密度；另一方面，阳离子染料本身可通过强的静电作用很好的吸附在纤维表层及内部，使得最终产品纳米纤维膜呈现出不同的颜色，并具有较高的色牢度。水溶性阳离子染料的另一端的苯环结构，则起到类似侧基的作用，可以增加海藻酸钠分子链的疏水性，提高疏水缔合或者共轭堆积作用，进而使得海藻酸钠分子链之间的有效链缠结(物理交联)点增多，从而改善了纺丝液的电纺性能。上述技术方案中，另一个技术关键点在于，pH值的调节与控制：在加入海藻酸钠粉末之前将溶液pH调节至7.5-8.5(碱性环境)，能有效保证阳离子染料在水溶液中的均匀分散，并且防止海藻酸钠粉末加入后，两者静电作用过强而发生絮凝；当海藻酸钠与阳离子染料的混合溶液混合均匀后，两者已发生一定的相互作用。此时，再将混合溶液的pH值再调节至3-5(酸性环境)，可以有效调节海藻酸钠与阳离子染料之间的静电作用强弱，控制海藻酸钠分子链的缠结程度和纤维的色牢度。上述技术方案中，之所以将海藻酸钠与水溶性的阳离子染料的质量比控制在为1:0.005-1，其目的在于，保证纺丝液具有较好的可纺性。因为，过少的水溶性的阳离子可以保证分散性良好、染色均匀，但是不能有效的增加海藻酸钠分子链间的缠结性，不利于改善纺丝液的电纺性能；而过多的水溶性的阳离子虽然可以有效地增加海藻酸钠分子链缠结，可以很好地改善电纺性，但是很难，甚至是无法保证其分散均匀，严重影响产品质量。上述技术方案中，之所以控制乙醇的质量量占纺丝原液总质量的5％-30％，其目的是，以有效增加海藻酸钠分子链间的缠结，降低纺丝液的电导率，改善海藻酸钠的电纺性，最终获得微观形貌良好的着色海藻酸钠纳米纤维膜产品。优选为，上述真空脱泡机内的真空度为120Pa以上；所述静电纺丝的主要工艺参数如下：电压为10-25kV、喷头至接收器的距离为5-25cm、纺丝原液的流速为0.1-1ml/h。该优选技术方案直接带来的技术效果是，在较高真空度环境下脱泡，其目的是加快脱泡速度，缩短脱泡工序的时间，以尽可能减少或降低海藻酸钠大分子的降解。静电纺丝的主要工艺参数无特殊要求，均为常规静电纺丝工艺参数，无需进行复杂的调整与控制，即可以保证静电纺丝的连续进行，获得外观形貌较好、尺寸均匀的纳米纤维薄膜。进一步优选，上述水溶性的阳离子染料为阳离子翠蓝GB、阳离子蓝GRRL、阳离子红BBL、阳离子黄X-8GL、阳离子金黄X-GL、阳离子桃红FG、直接耐酸大红4BS、阳离子黄X-5GL、卡磁隆蓝GLH、阿波罗黑2GL、阳离子红X-GRL、阳离子黑X-2RL或阿斯曲拉崇青莲F3GL中的一种或几种的混合物。该优选技术方案直接带来的技术效果是，水溶性的阳离子染料来源广泛，色彩多种多样。特别是，包含有红黄蓝(三基色)三种色彩，混合复配后可形成任意的颜色色彩，丰富产品色彩系列，提高产品的工业附加值。进一步优选，上述海藻酸钠原料的重均分子量为25万至35万，分子量分布指数在2.5以下，G/M为0.5-0.8。该优选技术方案直接带来的技术效果是，选择可以更好地保证最终产品的拉伸强度、抗剪切性能等物理性能指标。进一步优选，上述的采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，所制得的着色海藻酸钠纳米纤维膜的色牢度可达3级以上。该优选技术方案直接带来的技术效果是，所获得的着色海藻酸钠纳米纤维膜染色效果好、使用寿命长。进一步优选，上述的采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，通过控制纺丝原液的流速，即可获得不同厚度的着色海藻酸钠纳米纤维膜。该优选技术方案直接带来的技术效果是，通过简单的工艺参数调节，即可获得不同厚度的着色海藻酸钠纳米纤维膜，以满足不同厚度系列化产品的生产要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，使用去离子水作溶剂、无水乙醇作溶质，配制出一定量的质量百分比浓度为5％‑30％的乙醇水溶液，备用；并按质量比1:0.005‑0.1的比例，分别称取一定量的海藻酸钠和水溶性的阳离子染料，备用；上述水溶性的阳离子染料，其分子结构均为一端为阳离子，另一端为苯环结构；第二步，将所称取的阳离子染料加入到上述乙醇水溶液中，并用摩尔浓度为0.1M的NaOH溶液调节pH值至7.5‑8.5，得到混合溶液A；然后，将海藻酸钠粉末加入到混合溶液A中，充分溶解后，得到混合溶液B；再缓慢滴加摩尔浓度为0.1M的盐酸溶液，将混合溶液B的pH值调至3‑5；上述混合溶液B中，海藻酸钠的质量分数为1％‑12％；第三步，将所得混合溶液置于真空脱泡机内快速脱泡，制得纺丝原液；第四步，将所得纺丝原液加入到静电纺丝机的注射器中，按常规静电纺丝工艺预先设定工艺参数、启动静电纺丝机进行静电纺丝，在接收装置上即得着色海藻酸钠纳米纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，使用去离子水作溶剂、无水乙醇作溶质，配制出一定量的质量百分比浓度为5％-30％的乙醇水溶液，备用；并按质量比1:0.005-0.1的比例，分别称取一定量的海藻酸钠和水溶性的阳离子染料，备用；上述水溶性的阳离子染料，其分子结构均为一端为阳离子，另一端为苯环结构；第二步，将所称取的阳离子染料加入到上述乙醇水溶液中，并用摩尔浓度为0.1M的NaOH溶液调节pH值至7.5-8.5，得到混合溶液A；然后，将海藻酸钠粉末加入到混合溶液A中，充分溶解后，得到混合溶液B；再缓慢滴加摩尔浓度为0.1M的盐酸溶液，将混合溶液B的pH值调至3-5；上述混合溶液B中，海藻酸钠的质量分数为1％-12％；第三步，将所得混合溶液置于真空脱泡机内快速脱泡，制得纺丝原液；第四步，将所得纺丝原液加入到静电纺丝机的注射器中，按常规静电纺丝工艺预先设定工艺参数、启动静电纺丝机进行静电纺丝，在接收装置上即得着色海藻酸钠纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的采用电纺工艺制备着色海藻酸钠纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述真空脱泡机内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭业强，隋坤艳，马运良，郝龙云，夏延致，吴淑贤，王倩，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37