[发明专利]一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及中空纤维领域的制备方法，具体地，涉及的是一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法。

背景技术

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,et al.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.Nano Lett,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的中国发明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。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，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。

本发明的一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法，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。

优选地，所述同轴静电纺丝，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。

本发明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。本发明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（1）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（1）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。

本发明制备的纤维是具有中空结构的合成高分子纤维。

本发明制备的纤维直径为100-3000nm。