静电纺丝法制备壳聚糖纤维载体及CuO短纤维的研究

论文摘要

壳聚糖（CTS）作为自然界中资源最丰富的天然高分子之一，在组织工程材料、药物缓释、医用敷料等领域有着广泛的应用。近几年来，利用高压静电纺丝法将CTS制备成具有纳米结构的仿生材料和组织工程材料成为了研究热点之一。但CTS质子化后-NH3+的排斥作用及高粘度严重限制了它的制备工艺，目前一般用有机溶剂来溶解或用壳寡糖代替CTS，然而这不仅使环境受到污染、给人体健康带来威胁、其应用也受到限制。本文以高浓度的HAc/H2O体系为溶剂代替了有机溶剂，利用PVA柔性高分子链的结构及非离子表面活性剂的性质来改善CTS的可纺性，通过静电纺丝法成功地将高聚CTS制备成了负载不同金属离子、药物的纳米缓释载体，可广泛用于生物医用材料和组织工程材料。在该方法下还制备成了PVA负载无机物的纳米复合纤维，并对纺丝参数进行了正交设计和统计分析。最后，通过焙烧处理除去有机成分后得到了CuO，TiO2，Ag-CuO以及Ag-TiO2纳米短纤维。通过SEM，FTIR，TG，DSC及XRD等手段对产品进行了表征，分析后得知：CTS及PVA溶液均表现为假塑性流体的性质，浓度越高表现越显著，但表面张力越小；对纺丝原液温水浴处理48h以上能显著克服同种电荷的排斥作用，改善纺丝效果；CTS和Ca2+浓度的增加将迅速地抑制溶液的可纺性，CTS与Ca2+络合是产生“纺锤体”的主要原因，CTS支链中-NH3+的排斥作用是导致断纤的主要原因，Ca2+浓度的增加会导致多个“纺锤体”堆积，甚至“喷珠”现象的产生。由正交数据的统计分析可知，各因素对实验的影响程度为A（聚合物浓度）＞B（离子浓度）＞C（纺丝电压）＞E（挤出速率）＞D（接收距离）；如果采用最优方案进行实验，有99%的概率得到的复合纤维形貌好且直径保持在（152±5） nm之间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 壳聚糖纳米纤维概述
• 1.2.1 壳聚糖纳米纤维的制备方法
• 1.2.2 壳聚糖纳米纤维的应用
• 1.2.3 壳聚糖纳米纤维的最新进展及前景展望
• 1.3 无机纳米纤维概述
• 1.3.1 无机纳米纤维的制备方法
• 1.3.2 无机纳米纤维的应用
• 1.4 静电纺丝技术概述
• 1.4.1 静电纺丝技术的发展
• 1.4.2 静电纺丝技术的应用
• 1.4.3 纺丝中的影响因素
• 1.4.4 静电纺丝新技术
• 1.5 研究内容及意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料及药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 性能与测试方法
• 2.3.1 溶液粘度的测定
• 2.3.2 溶液表面张力的测定
• 2.3.3 场发射扫描电镜分析
• 2.3.4 纤维直径的测定
• 2.3.5 红外表征
• 2.3.6 热性能分析
• 2.3.7 X-射线衍射分析
• 第3章 壳聚糖纳米纤维载体的制备
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 制备工艺的设计
• 3.2.2 纺丝原液的制备
• 3.2.3 高压静电纺丝及后处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纺丝原液粘度与表面张力分析
• 3.3.2 NM.CTS 纤维载体的 SEM 分析
• 3.3.3 NM.CTS 纤维载体的直径分布
• 3.3.4 各参数在 CTS 纺丝中的变化趋势
• 3.3.5 NM.CTS 纤维载体的 IR 分析
• 3.3.6 NM.CTS 纤维载体的 TG-DTG 分析
• 3.3.7 NM.CTS 纤维载体的 DSC 分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 静电纺丝法制备 CuO 纳米短纤维
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验步骤
• 4.2.1 制备工艺的设计
• 4.2.2 无机短纤维的制备步骤
• 4.2.3 高压静电纺丝
• 4.2.4 复合纤维的焙烧处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 复合纤维及无机短纤维的 SEM 分析
• 4.3.2 正交数据的统计分析
• 4.3.3 复合纤维及无机短纤维的 IR 分析
• 2复合纤维的 TG 分析'>4.3.4 PVA/Cu（Ac）₂复合纤维的 TG 分析
• 2复合纤维的 DSC 分析'>4.3.5 PVA/Cu（Ac）₂复合纤维的 DSC 分析
• 4.3.6 复合纤维及无机短纤维的 XRD 分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介