一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法技术

本发明专利技术公开一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，步骤为：（1）根据制备的最终纤维选取合成高分子溶于溶剂中，搅拌至完全溶解；（2）将上述步骤（1）制得的溶液作为外管纺丝液，注入同轴喷丝头的外管，通空气进入内管，在室温条件下进行同轴静电纺丝。本发明专利技术制备的纤维具有明显的中空结构，可以应用于药物载体、人工透析等生物医药领域。该方法操作简便，反应条件温和，成本低廉，只需要一步就能完成，不需要使用内层材料，无需后续处理，大大节省了时间和材料成本，同时也避免了残留内层材料对中空纤维的影响，有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及中空纤维领域的制备方法，具体地，涉及的是。
技术介绍
静电纺丝技术可以制备直径在几十纳米到几微米的纤维，纤维直径可控，具有较大的比表面积，显现出很好的功能特性，并且由于其简单的实验装置、较低的成本、较高的产量、易于控制等优点，多年来引起了研究者们的极大兴趣。与单一结构的实心纤维相比，具有中空结构的一维纤维在许多方面有独特的优势，如药物靶向释放、催化、分离、传感及微流体管道等。因此，中空纤维的制备具有重要意义。之前研究者利用静电纺丝的方法制备中空纤维主要通过纤维模板法，利用静电纺丝制得的纤维为模板，在纤维表面自组装功能材料，然后将核层材料去除，得到相应的中空纤维，但这种方法较为繁琐，要经过静电纺丝、自组装、除模板等过程。因此，人们发展出了同轴静电纺丝方法以制备中空纤维。2002年，Loscertales等提出了一种由粗细不同的两根毛细管共同组成的一种同轴静电喷雾装置，可以一步制备微胶囊。(Loscertales I, Barrero A, Guerrero I, etal.Science, 2002, 295:1695)随后，一些研究组将这一技术扩展到静电纺丝体系，称为同轴静电纺丝(coaxial electrospinning),在这一全新的领域开展了一系列工作,制备出了各种不同材料的微纳米管和核壳复合结构纤维。用同轴静电纺丝方法制得核壳结构纤维后，通过萃取或高温煅烧的方法选择性地去除核层材料，即可得到相应的中空纤维。Dan Li等最早用同轴静电纺丝制备了中空纤维(Li D, Xia Y N.NanoLett, 2004, 4:933)。他们采用聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)与钛酸异丙醇酯的乙醇溶液作为外流体，矿物油作为内流体，通过同轴静电纺丝获得了核壳结构纤维，经过辛烷萃取除去核层的矿物油，得到含有PVP和钛酸异丙醇酯的复合中空纤维，再经过高温煅烧，除去复合纤维中的PVP和矿物油成分，获得直径小于500纳米的二氧化钛中空纤维。申请号为CN201210172307.0的中国专利技术专利公开了一种同轴静电纺丝制备聚丙烯腈基多孔中空碳纤维的方法，该方法包括以下步骤:将聚丙烯腈与添加物混合，为外层溶液；取内层聚合物为内层溶液；将外层溶液和内层溶液以恒定的流速和流速比分别输入到同轴针头的外层和内层，进行静电纺丝，得到PAN基皮芯复合纤维；将PAN基皮芯复合纤维洗涤、预氧化和碳化之后，得到PAN基多孔中空碳纤维。这种方法虽然能够制备中空纤维，但是其操作步骤相对较复杂，需要配制两种不同的溶液分别作为壳层溶液和核层溶液，经过同轴静电纺丝之后还需要后续的洗涤、萃取、煅烧等步骤来除去核层材料，以得到中空结构的纤维。同时核层的材料有时并不能完全去除，残余的核层材料可能对中空纤维的性能产生影响。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供，该方法操作简便，反应条件温和，成本低廉；所得的纤维具有中空结构，可应用于药物载体和人工透析等领域。本专利技术的，包括如下步骤:(I)根据制备的最终纤维选取合成高分子溶于溶剂中，搅拌至完全溶解，得到质量分数为2% -20%的均一溶液；(2)将上述步骤(I)制得的溶液作为外管纺丝液，注入同轴喷丝头的外管，通空气进入内管，在室温条件下进行同轴静电纺丝。优选地，所述同轴静电纺丝，纺丝参数为:内管直径为0.2-lmm,外管直径为l-2mm,内管空气的流速为0.2-lmL/h，外管溶液的流速为0.5-1.5mL/h,电压为7_30kV，接收距离为5-30cm。本专利技术合成高分子是根据制备的最终纤维的需要进行设计，以配合特定的功能。本专利技术利用合成高分子具有理化性质可调可控、质量稳定性好、价格便宜、在生物医学领域较好的应用性。优选地，所述步骤(I)中的合成高分子为聚羟基乙酸、聚乳酸、聚己内酯、月旨肪族聚酯共聚物、聚对二氧六环酮、聚β -羟基烷酸酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚膦腈、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、羟丙基纤维素中的一种或几种的混合物。优选地，所述步骤(I)中的溶剂为二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、三氟乙醇、六氟异丙醇、甲酸、乙酸、甲醇、乙醇、丙酮、水中的一种或几种的混合物。本专利技术制备的纤维是具有中空结构的合成高分子纤维。本专利技术制备的纤维直径为100_3000nm。本专利技术所述的同轴喷丝头由内、外径不同的两根金属制毛细管以套管方式组装而成。本专利技术不同于以往用同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，可以一步制备中空纤维，不需要在纺丝后进行后续处理。在纺丝的过程中，内层管内不加入任何溶液，而是让注射泵以恒定的速度推动管内的空气运动，在空气气流和高压电场的双重作用下，使从外层喷管中喷出的液体形成同心圆的结构，在静电场中经过喷射、拉伸、劈裂、固化、溶剂挥发等过程，最后形成中空纤维。本专利技术通过在内层通入空气，可以解决喷丝头堵塞的问题，起到稳定易挥发聚合物溶液的作用，同时通过控制气体流速，在不改变其他参数的情况下可以控制纺丝形貌从纤维到串珠状的转换。这种同时具有中空和串珠形貌的纤维在药物载体领域有着很好的应用前景。通过调节气体温度和流速，还可以实现一些黏度较大的聚合物的静电纺丝。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:(I)本专利技术的制备方法操作简便、反应条件温和、成本低廉；(2)本专利技术制备的中空纤维只需要一步就能完成，不需要使用内层材料，也无需后续处理，大大节省了时间和材料成本，同时也避免了残留内层材料对中空纤维的影响；(3)本专利技术制备的中空纤维可以方便地调控其结构与尺寸，在各种不同的领域都可以适用。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1(I)将分子量15万的聚己内酯溶于体积比为4: I的二氯甲烷、DMF混合溶剂中，配成质量分数为8%的溶液；(2)将上述步骤(I)制得的溶液作为外管纺丝液，注入同轴喷丝头的外管，通空气进入内管，在室温条件下进行同轴静电纺丝。纺丝参数为:内管空气的流速为0.2mL/h，夕卜管溶液的流速为lmL/h,电压为15kV,接收距离为15cm。本实施例中，同轴喷丝头的内管的内/外径分别为0.5/0.7mm，外管的内/外径分别为 1.2/2mm。所制得的纤维直径为130_370nm的具有中空结构的聚己内酯纳米纤维。实施例2(I)将分子量7万的PLGA (50/50)溶于体积比为3: I的四氢呋喃/N，N- 二甲基甲酰胺混合溶剂中，配成质量分数为18%的溶液；(2)将上述步骤(I)制得的溶液作为外管纺丝液，注入同轴喷丝头的外管，通空气进入内管，在室温条件下进行同轴静电纺丝。纺丝参数为:内管空气的流速为0.2mL/h，夕卜管溶液的流速为0.8mL/h,电压为15kV，接收距离为15cm。本实施例中，同轴喷丝头的内管的内/外径分别为0.5/0.7mm，外管的内/外径分别为 1.2/2mm。所制得的纤维直径为150-225nm的具有中空结构的PLGA纳米纤维。实施例3(I)将分子量30万的聚乙烯基吡咯烷酮溶于乙醇溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据制备的最终纤维选取合成高分子溶于溶剂中，搅拌至完全溶解，得到质量分数为2％?20％的均一溶液；（2）将上述步骤（1）制得的溶液作为外管纺丝液，注入同轴喷丝头的外管，通空气进入内管，在室温条件下进行同轴静电纺丝，纺丝参数为：内管直径为0.2?1mm，外管直径为1?2mm，内管空气的流速为0.2?1mL/h，外管溶液的流速为0.5?1.5mL/h，电压为7?30kV，接收距离为5?30cm。

【技术特征摘要】
1.一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)根据制备的最终纤维选取合成高分子溶于溶剂中，搅拌至完全溶解，得到质量分数为2% -20%的均一溶液； (2)将上述步骤(I)制得的溶液作为外管纺丝液，注入同轴喷丝头的外管，通空气进入内管，在室温条件下进行同轴静电纺丝，纺丝参数为:内管直径为0.2-lmm,外管直径为l-2mm,内管空气的流速为0.2-lmL/h，外管溶液的流速为0.5-1.5mL/h,电压为7_30kV，接收距离为5-30cm。2.根据权利要求1所述的一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的合成高分子为聚羟基乙酸、聚乳酸、聚己内酯、脂肪族聚酯共聚物、聚对二氧六环酮、聚羟基烷酸酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚膦腈、聚氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：施丽君，周涓，余震，何丹农，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：