刘桂阳
【摘 要】Silk fibroin and PCL are eleetrospun separately under the same process,and the fibres produced are compared to study the spinnability. The results of the comparison show that:the diameter of the two fibers decreases with the increase of voltage,and both the fibers are more even at 12kV.%采用静电纺丝技术对丝素蛋白与聚己内酯（PCL）进行纺丝,然后对两种不同电压下所纺纤维的形貌进行对比研究,以了解两种聚合物的可纺性能.结果表明：两种聚合物的成丝直径都会随着电压的升高而减小,并且在12kV时,两聚合物成丝的均匀程度较好. 【期刊名称】《南通纺织职业技术学院学报》
【年(卷),期】2012(012)004
【总页数】3页(P15-17)
【关键词】静电纺丝;聚己内酯;丝素蛋白
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【作 者】刘桂阳
【作者单位】南通纺织职业技术学院,南通226007
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ342
利用静电纺丝技术制备超细或纳米纤维简便有效，且对天然聚合物和合成聚合物均能适用[1].丝素与聚己内酯（PCL）是近年来重要的生物医用的材料.丝素具有较好的生物相容性，能支持细胞在材料表面的黏附、增殖、分化以及细胞外基质的分泌，但是丝素的力学性能较弱[2-5].而PCL的碳链结构使其具有很好的力学性能、柔韧性和可加工性，但生物相容性却不及丝素[6].目前有很多研究将两种材料复合以使材料同时具有良好的生物相容性和可调的力学性能，如通过共混静电纺丝、同轴静电纺丝等方法进行复合.然而在复合过程中高聚物的性质对最终形成纤维形貌的影响很大，从而影响纤维的最终使用.为了在今后将两种材料更好地进行复合静电纺丝，特对两种聚合物单独纺丝进行对比研究，以了解两种聚合物的可纺性能.本文利用静电纺丝装置（如图1），以桑蚕丝和PCL为原料，纺制纳米级纤维毡，观察并比较两种纤维的形貌.
1.1 实验材料
无水碳酸钠（分析纯），无水氯化钙（分析纯），无水乙醇（分析纯），四水合硝酸钙（分析纯），家蚕生丝，六氟异丙醇（HFIP）（美国杜邦公司），聚己内酯（PCL）（济南岱罡生物材料有限公司，分子量80 000 g/mol）.
1.2 实验仪器
WZS-50F2型高压静电发生器（天津市东文高压电源厂），WZS-50F2型微量注射泵（浙江大学医学仪器有限公司），S-70型扫描电子显微镜（日本），磁力恒温搅拌器（81-2型），电子天平，聚乙烯盘，锥形瓶，磁力转子等.
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1.3 实验方法
丝素膜制备：将150 g的家蚕生丝放入5 000 mL浓度为0.06%的碳酸钠溶液中，在98～100℃的温度条件下处理3次，每次45分钟.洗净拉松后在烘箱中（55℃）烘干得精炼丝备用.将CaCl2、CH3CH2OH、H2O按照1∶2∶8的摩尔比配制溶液，然后将精炼丝在温度72℃条件下溶解，浴比为1∶10，时间1 h，得混合溶液.再将混合溶液装入透析袋，先在流
动自来水中透析48 h，然后换用去离子水，每小时换一次水，透析48 h得到纯丝素蛋白溶液.最后，将40 mL丝素蛋白溶液倒入聚乙烯盘中，室温下放置干燥成膜.
纺丝溶液制备：将制得的再生丝素膜按质量比6%放入HFIP中，将PCL按质量比3%放入HFIP中，然后置于振荡器上溶解24h.纺丝溶液的浓度和黏度有关，只有合适的黏度才能够进行静电纺丝.为保障两聚合物有相似的黏度，所以丝素蛋白和聚己内酯分别选用了6wt%和3wt%的浓度，此时两者的浓度易于静电纺丝.具体纺丝工艺如表1.
1.4 形态观察与纤维直径统计
用日本日立公司S-570型扫描电镜（SEM）观察其形貌.对电镜照片采用Nano Measurer1.02软件测其直径.
电镀阳极板在静电纺丝过程中，电压是一个重要的纺丝工艺参数，也是纺丝过程中较为容易变化和控制的参数.电压的大小不但对成纤形貌造成影响，而且也会影响纤维的直径大小.当电压很低时，电场强度也小，喷丝头尖端的聚合液的表面张力大于电场拉力，不能形成泰勒锥，进而不能喷射成丝.随着电压的增加，电场强度也随之增大，喷丝头处的液滴表面张力小于电
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场拉伸力，形成泰勒锥，聚合物进行静电纺丝.不同聚合物的表面张力不同，其电压阈值也不相同，所以在不同电压下纤维的形态也会发生变化.
2.1 不同电压下纤维的形态比较
led显指数图2分别显示了电压从8 kV增大至16 kV静电纺纤维网的SEM图像.由图中可以看出，在设定的5种电压下，PCL成丝中多含有珠状物，而丝素成丝则没有，丝素的成纤效果要比PCL要好.H.Fong[7]曾用PEO作为纺丝液阐述过静电纺“串珠”形成的原因：溶液的浓度较小，黏度也较小，不利于形成稳定的泰勒锥，从而容易导致串珠的形成，这和本实验的研究是一致的.本实验中纺丝参数的选择除了浓度都是相同的，由于PCL的浓度要小，在相同的纺丝过程中，相同溶剂的挥发情况一致，PCL在到达接收装置之前并没有将溶剂挥发完全，从而容易形成串珠.另外，从图2中还可以看出PCL在不同电压下形成的串珠情况并不一样，在图2中B和E的串珠情况较为严重，而其他相对较少.这是因为在纺丝过程中，不同的电场力不仅影响溶液的拉伸倍数，还影响纺丝溶液量的变化和纺丝时间的变化.随着电压的增加，电场力增加，溶液在电场中受到更大的拉伸力，从而溶液被拉伸得快.与此同时，电场力增加，使得喷丝头处输出更多的溶液.并且，电场力增加增大了溶液在电场中的加速度，使其
在相同的运动距离上运动的时间缩短，从而影响溶剂的挥发，所以静电纺丝过程是这几种作用相互平衡的结果，出现图2中的现象也是这几种作用共同影响产生的.
2.2 不同电压下纤维的直径与均匀程度的比较
由图3所示的纤维直径分布情况可见，PCL的成丝平均直径为159nm，而丝素成丝平均直径为912 nm，丝素的成丝平均直径要远大于PCL的成丝直径.成因分析如下：①溶质成分不同，静电纺丝过程中所受的电场力及库伦力等不同，从而使射流受到不同倍数的拉伸.并且射流的运动路线也不同，路线较长的受到拉伸的时间较多，从而更细.②丝素的浓度大于PCL纺丝溶液的浓度，浓度越大时，在相同送液条件下，单位时间内丝素的量要大于PCL的量.③浓度越大，黏度相对越大，纺丝过程中射流分化变得困难，因而直径增粗.另外，从图3中还可以看出随着电压的升高，PCL与丝素纤维的直径都会减小，但纤维直径分布的离散程度不同，当电压在12kV时PCL与丝素两种纤维的离散程度最小，即成丝的直径最均匀.两种纤维直径随着电压的升高都减小只能说明电场力对射流的拉伸在纺丝过程中起到了主导作用.纤维直径分布的离散程度说明纤维纺丝过程仍然是多种作用平衡的结果.
PCL和丝素两种聚合物在静电纺丝过程中均表现出很好的可纺性能，经对比研究，由于PC
L溶液的浓度比丝素的浓度低，所纺丝的直径要远远小于丝素成丝直径，但是成丝均匀性较差，出现了较多的“串珠”.另外，两种聚合物都可以通过改变电压调控两种纤维的直径，且简单易行.随着电压的升高，两聚合物的成丝直径都有所减小，且在12kV时两种聚合物成丝直径离散程度最小.本实验研究可为两种聚合物复合静电纺丝如共混静电纺丝和同轴静电纺丝提供参考.
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【相关文献】
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