聚乳酸復(fù)合納米纖維表面形貌調(diào)控及對(duì)膜的性能影響.pdf

1、本文利用靜電紡絲技術(shù)制備出聚乳酸/聚己內(nèi)酯(PLA/PCL)復(fù)合納米纖維，此納米纖維表面呈現(xiàn)出線形溝壑，與一般的光滑纖維形貌不同。為了研究表面溝壑的形成機(jī)理，我們改變紡絲過(guò)程中的各種影響因素，觀察納米纖維表面形貌的變化。結(jié)果顯示，靜電紡絲過(guò)程中，在高壓電場(chǎng)的作用下噴頭噴出的溶液轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞?，熱致相分離和液-液相分離致使射流表面出現(xiàn)溶劑富集相和聚合物富集相，溶劑揮發(fā)后溶劑富集相區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榭锥?，孔洞在電?chǎng)力的作用下被拉伸，隨著溶劑的揮發(fā)與射流

2、的固化，纖維沉積在接受板上形成表面溝壑狀的納米纖維膜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溶劑、溫度、濕度、電壓、接受距離這些紡絲參數(shù)都會(huì)對(duì)納米纖維的形貌產(chǎn)生影響。由于PLA與PCL是熱力學(xué)不相容體系，在PLA/PCL熔融膜中存在相分離現(xiàn)象，復(fù)合納米纖維中的相分離現(xiàn)象可以通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)和偏光顯微鏡(POM)觀察到。AFM圖像顯示，PLA/PCL納米纖維表面呈現(xiàn)明顯的兩相結(jié)構(gòu)，其中黑色的塊狀是分散相PCL，明亮的連續(xù)相是PLA基質(zhì)，此現(xiàn)象說(shuō)明PLA和PC

3、L在納米纖維內(nèi)部存在相分離現(xiàn)象。將PLA/PCL納米纖維膜加熱到180℃再迅速降溫到60℃，用POM觀察到復(fù)合纖維中出現(xiàn)黑色串珠相和白色連續(xù)相，它們分別對(duì)應(yīng)熔融的PCL相和凝固的PLA相。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與AFM一致，也證明在PLA/PCL納米纖維內(nèi)部存在相分離現(xiàn)象。
　　PLA和PCL的相分離會(huì)影響納米纖維膜的力學(xué)性能，我們向PLA/PCL中加入多壁碳納米管(MWCNTs)作增塑劑來(lái)改善兩相的相容性。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)MW

4、CNTs的加入不會(huì)改變纖維表面的形貌，POM觀察到含MWCNTs的PLA/PCL納米纖維中黑色串珠數(shù)量明顯減少，這說(shuō)明MWCNTs提高了PLA相和PCL相之間的相容性。AFM觀察到PLA/PCL/MWCNTs納米纖維中PCL相由黑色長(zhǎng)條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒌男K狀，尺寸顯著減小，這與POM的結(jié)果一致，也證明PLA相和PCL相之間的相容性增強(qiáng)。通過(guò)差示掃描量熱儀(DSC)和X-射線衍射儀(XRD)表征觀察到MWCNTs作為異相成核劑提高了

5、　　PLA的結(jié)晶度。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明MWCNTs的加入提高了復(fù)合納米纖維膜的拉伸強(qiáng)度，但由于其阻礙了分子鏈段的運(yùn)動(dòng)，降低了纖維膜的斷裂伸長(zhǎng)率。體外小鼠胚胎成骨細(xì)胞(NIH-3T3)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明MWCNTs對(duì)細(xì)胞的增殖無(wú)毒性，PLA/PCL/MWCNTs復(fù)合納米纖維膜可用作做生物支架，為表面溝壑狀納米纖維在生物方向的應(yīng)用提供潛在的支持。PLA-PCL復(fù)合材料雖然具有很好的力學(xué)性能和生物降解性，但其細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)少，不利于細(xì)胞的識(shí)別與黏附

6、。本文向PLA-PCL中加入天然的絲素蛋白(SF)進(jìn)行靜電紡絲，制備出不同質(zhì)量比的PLA-PCL/SF三元體系納米纖維膜。結(jié)果顯示，當(dāng)SF含量逐漸升高時(shí)，纖維的表面由溝壑狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣瑧B(tài)。用甲醇與水的混合溶液處理不同質(zhì)量比的復(fù)合納米纖維膜，SF含量在10-50％時(shí)，纖維表面出現(xiàn)均勻密集的孔洞，SF含量越高孔洞越??；當(dāng)SF含量達(dá)到50%以上時(shí)，纖維表面逐漸變光滑。傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)與DSC表征顯示SF含量超過(guò)50%時(shí)，復(fù)合納米纖