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静电纺丝是通过给聚合物溶液或熔融物施加外加电场来制造聚合物纤维的纺丝技术,其纤维直径介于纳米和微米之间,并可根据实际需要进行调控,广泛应用于功能纤维的制备。
本文采用熔融缩聚和固相缩聚法制备高分子量聚L-乳酸(PLLA),静电纺丝制各菜籽蛋白/PLLA和菜籽蛋白/聚乙烯醇(PVA)复合纳米纤维,并通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段对相关产物进行结构表征。主要研究结果如下:
(1)通过单因素及正交试验,确定了PLLA熔融缩聚最佳工艺:热稳定剂磷酸三乙酯(TEPA)添加量0.07%,反应温度175℃,反应时间11 h,SnCl2添加量0.4%,对甲苯磺酸(TSA)添加量0.3%,真空度200 Pa左右。此时,PLLA粘均分子量为36019,得率为79%。
(2)通过单因素试验,确定了PLLA固相缩聚最佳工艺:吸水剂为生石灰,PLLA预聚物粒度30-40目,真空度200 Pa左右,105℃预结晶2 h,135℃反应5 h,150℃反应20 h,160℃反应10 h。此时,PLLA粘均分子量为96282,得率为69%。
(3)在PLLA浓度为24%(含1 g PLLA,4.17 g氯仿),6.5%菜籽蛋白的三氟乙酸溶液加入量为0.25 mL,即菜籽蛋白/PLLA质量比为2.42:100,电压16 kV,极距10 cm的条件下,可快速电纺制备平均直径622(±100)nm的菜籽蛋白/PLLA复合纳米纤维,纤维中N:C=0.76:100。
(4)在菜籽蛋白/PVA质量比2:8,总浓度9.5%,纺丝液pH11.0,电压12 kV,极距12 cm的条件下,可电纺制备平均直径361(±35)nm的菜籽蛋白/PVA复合纳米纤维,纤维中N:C=6.69:67.79。另外,适宜程度的戊二醛交联可降低复合纳米纤维的直径,并且有利于提高蛋白在纤维中的含量。
(5)复合纳米纤维中,菜籽蛋白与PLLA、菜籽蛋白与PVA间均产生了较强的氢键。电纺过程中,高压静电严重破坏了纤维中PLLA或PVA的结晶性能,改善了菜籽蛋白和PLLA及PVA之间的相容性。