一种微纳米尺度下核壳结构复合纤维的制备方法及其应用技术

一种微纳米尺度下核壳结构复合纤维及其制备方法，属于功能性纤维的制备技术领域。本发明专利技术公开的复合纤维的核材为功能性微球／微囊，壳材为油溶性高分子聚合物或水溶性高分子聚合物；被包埋的功能性微球／微囊分布于所述高分子聚合物纤维的内部，形成核壳结构复合纤维。本发明专利技术还公开了利用电纺丝技术设备制备所述复合纤维的制备方法，其特点是将制备的具有多相组分的聚合物纺丝液，利用高压电场的作用直接形成聚合物纤维和微球／微囊的复合包埋结构。本发明专利技术所述的制备复合纤维方法具有包埋效率高，产品结构稳定，生产连续性强，可规模扩大化的优点，因而在生物医学，制药工程，光电功能材料，过滤净化等方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微纳米尺度下具有核壳结构的复合纤维及其制备方法，属于功能性纤维的制备

技术介绍
核壳结构是指分散的固体物质颗粒，液滴或气体完全包封在另外某种材料的膜中形成内外多层结构。具有该结构材料的外观形貌既可以是球形微胶囊，也可以是纤维状复合膜。这种结构具有如下基本功能将液态材料包封到固态载体中，实现表观性状的改变；使聚集体分散到包囊内部，避免团聚；使易于挥发变性的物质在外壳内得到保护；通过调节外膜的性质控制内部物质向外的渗透释放速度。因此在载热储能，表面改性，免疫隔离，药物释放等领域有广阔的应用。现在具有核壳结构的材料其制备方法主要有以下几种溶剂挥发法将芯材分散到壁材的溶剂中，形成W/O/W型和O/W/0型的复相乳液，以微滴状态分散到介质中，随后搅拌挥发除去中间相的溶剂，固化后便得到微胶囊。此方法是制备核壳结构微胶囊使用最多的方法。通过控制过程参数，可以得到很高的内相包封率，而且其产品的尺度易于在几十纳米到几百微米的范围内调控。但其缺点是由于溶剂和温度对微胶囊的质量影响敏感，因此产品质量不很稳定。喷雾干燥法芯材均匀分散于壁材溶液中，经雾化器雾化成小液滴，使溶解壁材的溶剂迅速蒸发凝固而成微胶囊。其优点是处理量大，适宜工业化生产。但也同时存在包埋率低，设备大，价格高，耗能大等缺点。尤其是，干燥过程往往使用高温使溶剂挥发，因而会使被包埋的物质变性。凝聚法包括单凝聚法和复凝聚法等。其区别在于单凝聚法是使用了凝聚剂使溶解材料发生沉淀而获得微胶囊，复凝聚是利用了不同材料所带有的相反电荷而产成团结后沉淀。上述三种方法制备方法各具优点，但是通常只适用于特定的体系，而且有些过程参数较多，产品质量不易控制，得到的只能是球形微胶囊。但是在相关领域，纤维状核壳结构有特定的用途，因此有必要开发一种简单有效的制备微纳米尺度下核壳结构纤维的方法。电纺丝是一种可简便高效地制备纳米纤维的新技术。通过向聚合物溶液或熔体施加高电场产生喷射流，喷射流经过空气中，由于流体不稳性，产生高速鞭动而被迅速拉细，同时溶剂挥发或熔体固化，形成直径在3～5000nm的纤维。电纺丝纤维在领域已取得了很多应用。这种超细纤维的微观结构很好的满足了功能材料领域对材料的要求。因此已经在组织工程支架、药物释放载体，生物传感器，过滤膜方面得到广泛的应用。但是，当前电纺丝技术仍然局限于对聚合物溶液或熔体这样的均相体系进行加工。而且得到的产品多为实心纤维。所以如果能够利用电纺丝制备纤维结构的简便性，在纺丝体系上有所突破，将会得到更加功能化的结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微纳米尺度下具有核壳结构的复合纤维，即将各种功能性微球/微囊均匀的包埋在纳米至微米范围的聚合物纤维中，以形成核壳结构复合纤维。这种结构一方面实现了对功能性微球/微囊在纤维膜中的固定，使纤维同时具有微球/微囊的功能。另一方面，聚合物纤维可以保护微球/微囊不受外界环境影响，控制了物质在外壁间的交换速度。本专利技术的另一个目的是提供一种微纳米尺度下核壳结构复合纤维的制备方法，具体的说是首先制备具有多相组分的聚合物纺丝液，然后利用电纺丝技术保证功能性微球/微囊在纤维中的包封率和均匀的分布，并且实现核壳结构超细纤维制备的连续性。本专利技术的具体方案如下一种微纳米尺度下核壳结构复合纤维，其特征在于所述核壳结构复合纤维的核材为功能性微球/微囊，壳材为油溶性高分子聚合物或水溶性高分子聚合物；被包埋的功能性微球/微囊分布于所述油溶性高分子聚合物或水溶性高分子聚合物纤维的内部，形成核壳结构复合纤维。在本专利技术中，所述核壳结构复合纤维负载一种或多种功能性微球/微囊，所述功能性微球/微囊具有光、电、力、热、磁、生物、化学或药物功能。其中，所述功能性微球/微囊的粒径在10纳米～100微米；所述核壳结构复合纤维的纤维平均直径在10纳米～10微米。在本专利技术中，所述功能性微球/微囊为海藻酸盐载药微球/微囊、海藻酸盐细胞微载体、壳聚糖微球/微囊、壳聚糖细胞微载体、脂质体微球/微囊、环糊精包合物、海藻酸盐-壳聚糖复合微球/微囊、牛血白蛋白微球、透明质酸微球/微囊、明胶微球/微囊、胶原微球/微囊、明胶-阿拉伯树胶复合微球/微囊、二氧化硅微球/微囊、二氧化钛微球、荧光量子点、无机银微球、四氧化三铁磁性微球、羟基磷灰石粉末、蒙脱土、云母、碳酸钙微球、丙烯酸系高吸水树脂微球/微囊、聚苯乙烯微球，聚乳酸微球/微囊、聚乙交酯丙交酯微球/微囊、聚羟基丁酸酯微球/微囊、聚羟基丁酸-戊酸酯微球/微囊、羟基丁酸酯和羟基己酸酯共聚物微球/微囊，或者3-羟基丁酸酯和4-羟基丁酸酯共聚物微球/微囊。在本专利技术中，所述高分子聚合物为聚乳酸，聚ε-己内酯、聚乙交酯、丙交酯与乙交酯的无规或嵌段共聚物、丙交酯与ε-己内酯的无规或嵌段共聚物、乙交酯与ε-己内酯的无规或嵌段共聚物、丙交酯与乙二醇的嵌段共聚物、乙交酯与乙二醇的嵌段共聚物、ε-己内酯与乙二醇的嵌段共聚物、聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸-戊酸酯、羟基丁酸酯和羟基己酸酯共聚物、3-羟基丁酸酯和4-羟基丁酸酯共聚物、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧乙烯、壳聚糖、明胶、胶原、蚕丝蛋白、蜘蛛丝蛋白、改性纤维素、淀粉、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸亚丙酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酰氨、涤纶、丙纶、维尼纶、芳纶、聚苯胺、聚噻吩、聚赖氨酸、聚γ-谷氨酸，聚天门冬氨酸，或者聚天门冬酰氨。微纳米尺度下核壳结构复合纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤1)将功能性微球/微囊分散到聚合物溶液中，制备成具有多相组分的聚合物纺丝液；或者利用溶剂为连续相，在连续相中原位制备功能性微球/微囊，再将要形成纤维的聚合物溶解到连续相中，制备成具有多相组分的聚合物纺丝液；在所述聚合物纺丝液中，所述功能性微球/微囊不与纺丝液中的其他成分发生化学反应；2)将上述聚合物纺丝液用电纺丝设备加工，纺丝电压为1kV～40kV，接收器与喷丝口的距离为5cm～40cm，纺丝液流速为0.1ml/h～10ml/h，从而得到微纳米尺度下核壳结构复合纤维。在本专利技术中，作为原料的功能性微球/微囊为两种或两种以上，并且在所述聚合物纺丝液中，各种功能性微球/微囊之间不发生化学反应。另外，步骤1)中具有多相组分的聚合物纺丝液的制备原则是水溶性微球/微囊应该分散到油溶性聚合物溶液中，油溶性微球/微囊应该分散到水溶性聚合物溶液中，不溶性微球/微囊根据特定需要选择所分散的聚合物溶液，并且微球/微囊应该不与所分散的聚合物溶液中的其他成分发生化学反应。制备方法是乳化，搅拌，超声，振荡等方法。在本专利技术中，所述具有多相组分的聚合物纺丝液的内相含量占总体系质量的1％～50％，外相中的聚合物含量取决于聚合物的种类和分子量，占总体系质量的1％～30％，其它组分为溶剂。在本专利技术中，所述方法进一步包括利用转动的轴芯作为接收器，获得管状的复合纤维产品的步骤，其中轴芯的转速为1rmp～100000rmp。本专利技术所述的微纳米尺度下核壳结构复合纤维可以应用作为组织修复支架、药物控制释放载体、生物传感器，也可应用作为分离膜或高分子催化剂。与传统纺丝方法相比，电纺丝法是指使用高压静电场作用于聚合物流体，当电场力克服了流体的表面张力时，就会形成喷射流。随着喷射流在空中飞行时的鞭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳米尺度下核壳结构复合纤维，其特征在于：所述核壳结构复合纤维的核材为功能性微球／微囊，壳材为油溶性高分子聚合物或水溶性高分子聚合物；被包埋的功能性微球／微囊分布于所述油溶性高分子聚合物或水溶性高分子聚合物纤维的内部，形成核壳结构复合纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡平，齐宏旭，施一平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]