專利名稱：一種靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源利用及超細(xì)纖維制備方法領(lǐng)域，涉及一種靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法。制備的改性魔芋葡甘露聚糖纖維材料適用于生物組織支架、空氣過濾、傷口敷料、廢水處理等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
魔芋塊莖中含有豐富的魔芋葡甘露聚糖(以下簡稱KGM)，它是繼淀粉和纖維素之后又一來源豐富的可再生天然高分子資源。因具有生物降解性、分子量高、可凝膠化等特點(diǎn)，所以在食品、醫(yī)藥、保健、環(huán)保、化工及石油鉆探等領(lǐng)域都有較大規(guī)模的應(yīng)用。KGM制品在廢棄后可以被自然界的微生物降解，屬于環(huán)境友好材料。能夠靜電紡絲的高分子需要分子鏈有適度的纏結(jié)，由于一些天然高分子在水溶液體系下，分子鏈呈剛性的伸展構(gòu)象而缺乏適度的纏結(jié)，例如魔芋葡甘露聚糖，海藻酸鈉等，從而導(dǎo)致一些天然高分子在水溶液體系下無法進(jìn)行靜電紡絲。此外，KGM材料吸水性高，耐水性差，濕強(qiáng)度低，而在某些領(lǐng)域中卻要求材料有一定的力學(xué)強(qiáng)度和疏水性，如溶液過濾和廢水吸附等領(lǐng)域。因此，必須對(duì)魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行疏水改性。這樣得到的改性魔芋葡甘露聚糖不僅保留了原魔芋葡甘露聚糖的可降解性而且克服了魔芋葡甘露聚糖的耐水性差和易未水的缺點(diǎn)，同時(shí)也提聞了材料的力學(xué)性能。靜電紡絲法具有制造裝置簡單、紡絲成本較低、工藝可控等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為有效制備超細(xì)纖維材料的主要手段之一。靜電紡絲的基本原理是高分子熔體或溶液在高壓電場的作用下，克服表面張力以及粘滯力而被噴射、拉伸、劈裂，最終在接收裝置上得到納米或微米的纖維。靜電紡絲技術(shù)是制備超細(xì)纖維簡單有效的方法。現(xiàn)有技術(shù)中，已有對(duì)天然高分子如蠶絲、膠原蛋白、殼聚糖等進(jìn)行靜電紡絲的報(bào)道，但是以改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行靜電紡絲制備纖維的方法還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法；該方法先制得疏水性魔芋葡甘露聚糖，然后溶于有機(jī)溶劑配制成紡絲溶液，再進(jìn)行靜電紡絲，干燥收集得到性能優(yōu)良的纖維。本發(fā)明的內(nèi)容是一種靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法，其特征是包括下列步驟
a、魔芋葡甘露聚糖改性將I 50重量份的魔芋葡甘露聚糖溶于200 500重量份的體積百分比濃度為20% 50%的乙醇水溶液中，加入氫氧化鈉I 10重量份，在10 50°C的條件下溶脹反應(yīng)10 120分鐘后，用稀鹽酸中和反應(yīng)物料到pH為6 8 ;過濾，固體物用體積百分比濃度為10% 50%的乙醇水溶液洗漆3 5次后，于20 100°C的溫度下干燥(直至重量無變化)，得到脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖；再在10 70°C的溫度下，將蒸餾水100 500重量份、脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖5 20重量份、丙烯酸甲酯10 50重量份、以及引發(fā)劑O. I 5重量份混合于裝有攪拌裝置的容器中反應(yīng)I 5小時(shí)；取出容器內(nèi)的反應(yīng)后物料，加入反應(yīng)后物料體積I 5倍量的乙醇混合、靜置沉降O. 5 3小時(shí)后，過濾，固體物用丙酮洗滌3 5次后(至洗滌液澄清)，固體物于50 75°C的溫度下干燥(直至重量無變化)，制得改性魔芋葡甘露聚糖；
b、紡絲溶液的配制將步驟a制得的改性魔芋葡甘露聚糖粉碎成為80 200目的粉末；將粉末溶于有機(jī)溶劑中混合攪拌O. 5 3小時(shí)，再將溶液置于超聲波震蕩器中超聲2 60分鐘，制成重量百分比濃度為1% 10%的靜電紡絲溶液；
C、靜電紡絲用注射器抽取步驟b所配制的靜電紡絲溶液，將注射器固定于靜電紡絲裝置上，控制高壓電源電壓為8 30kv、靜電紡絲溶液流速為O. 2 2. OmL/h、注射器針頭的噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm、紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，開啟靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲，結(jié)束后收集纖維，干燥，即制得纖維。步驟b所述的有機(jī)溶劑為三氟乙酸、二氯甲烷、N，N—二甲基甲酰胺、六氟異丙醇、三氟乙醇中的一種或兩種以上的混合物。
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步驟c所述的靜電紡絲裝置包括注射泵和注射器等的紡絲溶液供給裝置、纖維收集屏、高壓電源和紡絲針頭。所述步驟c制得的纖維的纖維直徑分布在I. 269 μ m 36. 16 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和有益效果
(1)魔芋葡甘露聚糖(以下簡稱KGM)是一種非離子型水溶性高分子多糖；本發(fā)明利用魔芋葡甘露聚糖與丙烯酸甲酯進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，使KGM的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，大大降低了 KGM分子中的氫鍵作用，提高了 KGM的熱定型性、纖維的疏水性與化學(xué)穩(wěn)定性，使接枝共聚改性后的材料具有可紡性；采用靜電紡絲技術(shù)制得的纖維材料，可以運(yùn)用于重金屬吸附，膜過濾和生物醫(yī)學(xué)材料等方面，為魔芋葡甘露聚糖開發(fā)和利用提供了新的用途；
(2)采用本發(fā)明，制備的魔芋葡甘露聚糖纖維材料的直徑具有可控性，可以通過控制紡絲溶液的濃度、紡絲電壓等工藝條件控制；
(3)本發(fā)明通過無序分布紡織成纖維材料，制備的材料可以應(yīng)用于生物組織支架、空氣過濾、傷口敷料、廢水處理以及其它醫(yī)藥、環(huán)保、化工及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，適用于規(guī)?；a(chǎn)；
(4)采用本發(fā)明，原材料豐富、可再生，價(jià)廉易得，工藝簡單，成本低、環(huán)保，將具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并且環(huán)境友好，實(shí)用性強(qiáng)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施靜電紡絲實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意 圖中1-高壓電源，2-注射泵，3-注射器，4-注射器針頭，5-收集屏；
圖2為實(shí)施例6制備的靜電紡絲纖維掃描電子顯微鏡照片，放大100倍；
圖3為實(shí)施例6制備的靜電紡絲纖維掃描電子顯微鏡照片，放大500倍；顯示了靜電紡絲制備出的魔芋葡甘聚糖纖維外貌及尺寸。
具體實(shí)施例方式下面給出的實(shí)施例擬以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I :
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟
a、對(duì)魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行改性，將魔芋葡甘露聚糖40份(重量份，克，后同)分散于240份的40%乙醇水溶液中，加入3份氫氧化鈉，在25°C條件下溶脹2小時(shí)，中止反應(yīng)，用鹽酸中和反應(yīng),過濾出樣品，用30%的乙醇水溶液進(jìn)行清洗數(shù)次，將樣品放入干燥箱中100°C烘干至恒重。即得脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖。在有攪拌裝置的容器內(nèi)放入蒸餾水、脫乙?；в笃细事毒厶?、丙烯酸甲酯、引發(fā)劑按300 10 30 :0. I重量份的比例，于60°C的條件下攪拌3個(gè)小時(shí)，取出所得乳濁液，加入于乳濁液三倍體積的無水乙醇沉降I小時(shí)，過濾用丙酮反復(fù)清洗直至洗液完全澄清，過濾65°C烘干。既得改性魔芋葡甘露聚糖。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比3:10的比例稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲2分鐘，得到3%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為10kv，噴絲口與收集屏之間的距離為8cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為10°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例2:
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟和實(shí)施例I中的a步驟相同，以下實(shí)施例3 15均于I中的a步驟相同。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比4:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲2分鐘，得到4%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為12kv，噴絲口與收集屏之間的距離為10cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 5mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為15°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例3
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比5:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲I分鐘，得到5%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為15kv，噴絲口與收集屏之間的距離為12cm，噴絲口流出紡絲液的流速為lmL/h，紡絲的環(huán)境溫度為20°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例4
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。·
b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比6:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲3分鐘，得到6%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為20kv，噴絲口與收集屏之間的距離為14cm，噴絲口流出紡絲液的流速為I. 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為25°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例5
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比7:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲4分鐘，得到7%的靜電紡絲溶液。 C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為15kv，噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 2 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例6
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比8:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲2分鐘，得到8%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為10kv，噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 2 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例7
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比8:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲2分鐘，得到8%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為20kv，噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 2 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。實(shí)施例8
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比5:10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶解，放置于超聲波震蕩器中超聲2分鐘，得到5%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為30kv，噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 2 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。上述各實(shí)施例的工藝條件下制備的(改性)纖維材料見附圖，本發(fā)明通過無序分布紡織成纖維材料，可以應(yīng)用于生物組織支架、空氣過濾、傷口敷料、廢水處理等領(lǐng)域，適用于規(guī)?；a(chǎn)；為魔芋葡甘露聚糖的開發(fā)利用提供了新的有效途徑。實(shí)施例9—15:
一種改性魔芋葡甘露聚糖靜電紡絲制備纖維的方法，包括以下步驟 a步驟同實(shí)施例I。b、對(duì)制得的改性魔芋葡甘露聚糖進(jìn)行粉碎，按照質(zhì)量體積比I: I 10稱取改性魔芋葡甘露聚糖和三氟乙酸，將改性魔芋葡甘露聚糖粉碎并溶于三氟乙酸中，攪拌至完全溶 解，放置于超聲波震蕩器中超聲2分鐘，得到I 10%的靜電紡絲溶液。C、用注射器抽取步驟b所得的靜電紡絲溶液后，固定于靜電紡絲裝置上，調(diào)節(jié)電壓為8 30kv，噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm，噴絲口流出紡絲液的流速為O. 2 2mL/h，紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，靜電紡絲結(jié)束后，得到纖維。各實(shí)施例中步驟b、c中的技術(shù)參數(shù)見下表
權(quán)利要求
1.一種靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法，其特征是包括下列步驟 a、魔芋葡甘露聚糖改性將I 50重量份的魔芋葡甘露聚糖溶于200 500重量份的體積百分比濃度為20% 50%的乙醇水溶液中，加入氫氧化鈉I 10重量份，在10 50°C的條件下溶脹反應(yīng)10 120分鐘后，用稀鹽酸中和反應(yīng)物料到pH為6 8 ;過濾，固體物用體積百分比濃度為10% 50%的乙醇水溶液洗漆3 5次后，于20 100°C的溫度下干燥，得到脫乙?；в笃细事毒厶?；再在10 70°C的溫度下，將蒸餾水100 500重量份、脫乙?；в笃细事毒厶? 20重量份、丙烯酸甲酯10 50重量份、以及引發(fā)劑O. I 5重量份混合于裝有攪拌裝置的容器中反應(yīng)I 5小時(shí)；取出容器內(nèi)的反應(yīng)后物料，加入反應(yīng)后物料體積I 5倍量的乙醇混合、靜置沉降O. 5 3小時(shí)后，過濾，固體物用丙酮洗滌3 5次后，固體物于50 75°C的溫度下干燥，制得改性魔芋葡甘露聚糖； b、紡絲溶液的配制將步驟a制得的改性魔芋葡甘露聚糖粉碎成為80 200目的粉末；將粉末溶于有機(jī)溶劑中混合攪拌O. 5 3小時(shí)，再將溶液置于超聲波震蕩器中超聲2 60分鐘，制成重量百分比濃度為1% 10%的靜電紡絲溶液； C、靜電紡絲用注射器抽取步驟b所配制的靜電紡絲溶液，將注射器固定于靜電紡絲裝置上，控制高壓電源電壓為8 30kv、靜電紡絲溶液流速為O. 2 2. OmL/h、注射器針頭的噴絲口與收集屏之間的距離為8 25cm、紡絲的環(huán)境溫度為O 40°C，開啟靜電紡絲裝置進(jìn)行紡絲，結(jié)束后收集纖維，干燥，即制得纖維。
2.按權(quán)利要求I所述靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法，其特征是步驟b所述的有機(jī)溶劑為三氟乙酸、二氯甲烷、N，N—二甲基甲酰胺、六氟異丙醇、三氟乙醇中的一種或兩種以上的混合物。
3.按權(quán)利要求I所述靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法，其特征是步驟c所述的靜電紡絲裝置包括注射泵和注射器等的紡絲溶液供給裝置、纖維收集屏、高壓電源和紡絲針頭。
4.按權(quán)利要求I所述靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法，其特征是所述步驟c制得的纖維的纖維直徑分布在I. 269 μ m 36. 16 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種靜電紡絲制備改性魔芋葡甘露聚糖纖維的方法，其特征是包括魔芋葡甘露聚糖改性，即將魔芋葡甘露聚糖溶于乙醇水溶液中，加入氫氧化鈉溶脹反應(yīng)后，用稀鹽酸中和，過濾、洗滌、干燥，得到脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖，再在10～70℃的溫度下，將蒸餾水、脫乙?；в笃细事毒厶?、丙烯酸甲酯以及引發(fā)劑混合反應(yīng)后，加入乙醇混合、靜置沉降，過濾，固體物用丙酮洗滌后，干燥，制得改性魔芋葡甘露聚糖；配制紡絲溶液；靜電紡絲制得纖維。本發(fā)明具有工藝簡單，成本低、環(huán)保等特點(diǎn)，制得的纖維材料在醫(yī)藥、環(huán)保、化工及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08F251/00GK102926016SQ201210427218
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者林曉艷, 李瑩, 羅學(xué)剛, 陳哲 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)