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蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的结构与性能

作　者: 赵静娜
导　师: 潘志娟
学　校: 苏州大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 蜘蛛丝聚乳酸(PLLA) 静电纺丝纱线形貌力学性能结晶结构生物降解性生物相容性
分类号: TS154.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 2次
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内容摘要

静电纺丝是一种简单易行的制备纳米纤维的方法,目前采用静电纺丝的方法已经将100多种材料成功地制成了微米或纳米级纤维,目前关于静电纺方面的研究多数是无纺纤维毡,也有一些关于定向排列的静电纺纤维的研究,但是静电纺连续纱线的研究较少。在能源危机日益严峻、人们环保意识日益增强的今天,可降解材料(尤其是天然可降解材料)已经成为了研究的热点。蜘蛛丝是自然界强度最高的蛋白质纤维之一,有其它天然纤维和合成纤维无法比拟的综合力学性能,PLA和蜘蛛丝都有良好的生物可降解性和生物相容性,非常适合做人造肌腱、人造器官、组织工程支架材料、组织修复材料以及手术缝合线等生物医用材料。本文以聚乳酸和蜘蛛丝作为原料采用静电纺丝的方法制备得到连续的纳米级纤维纱。主要从纱线的静电纺丝工艺、后处理以及降解性和生物相容性等几个方面入手,进行了以下几方面的研究:静电纺丝工艺:以蜘蛛丝/六氟异丙醇(HFIP)和聚乳酸/HFIP的混合液为纺丝液,讨论了9wt%PLLA溶液和1wt%蜘蛛丝蛋白溶液质量混合比、纺丝温度、卷绕速度、纺丝液流量和纺丝电压对纱线内纤维的排列、纱线的形态结构和力学性能、以及纺丝稳定性的影响。综合各方面因素最后确定的优化纺丝工艺为:混合比为7:3,纺丝温度为150℃,纺丝电压14kv,纺丝液流量4ml/h,纺丝高度9cm,卷绕速度105±5rpm。在此工艺下,纱线的可纺性较好,纺丝稳定性也很好,纤维定向排列的程度较高,并且纱线在水中的稳定性很好。但这种初生纱的强度较低伸长偏大,需要对其进行后加工处理。后加工:讨论了加捻和后拉伸对蜘蛛丝/聚乳酸复合纳米级纤维纱的结构、力学性能及结晶结构的影响。加捻使原本松散的纱线抱合紧密,大大提高了纱线的力学性能,单股纱加捻2250T/m时强度可提高36.98%,双股纱加捻后纱线强度的提高更明显,1500T/m时强度提高了29.97%。热拉伸对初纺纱的作用非常显著。随着拉伸倍数的增加,纤维直径和纱线细度减小,断裂伸长呈下降趋势,断裂强度和初始模量明显提高。拉伸1.6倍时纱线强度提高了70%。但是拉伸倍数过大会造成纱线强度下降。热拉伸还改善了纤维的结晶结构,纤维的结晶度提高。生物降解性和细胞相容性:研究了蜘蛛丝/聚乳酸复合纳米级纤维纱的在磷酸缓冲液和放线菌酶降解液中的降解性能。结果表明,纱线在这两种溶液中的降解都很不明显,在磷酸缓冲液中降解90天后的SEM图上仍然看不到明显的纤维破碎痕迹,纱线失重率和强度损失率也都很小;在放线菌酶溶液中的降解也不明显,纱线失重率和强度损失率相对于磷酸缓冲液稍大,降解5周之后强度损失了15.28%。静电纺蜘蛛丝/PLLA混合纤维毡与成纤维细胞间具有良好的相容性,细胞在其表面的成活率很高,蜘蛛丝蛋白的加入增加了材料与细胞间的相容性,细胞活性的大小次序为:蜘蛛丝/PLLA混合纤维毡>纯PLLA>空白板。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-28
  1.1 静电纺丝概述  12-19
    1.1.1 静电纺丝法制备纳米纤维毡  13-14
    1.1.2 静电纺丝法制备定向排列纳米纤维束  14-16
    1.1.3 静电纺丝法制备连续纳米级纤维束  16-19
  1.2 天然蜘蛛丝及人造蜘蛛丝  19-22
    1.2.1 蜘蛛丝概述  19-20
    1.2.2 人造蜘蛛丝的研究现状  20-22
  1.3 聚乳酸纤维  22-25
    1.3.1 传统方法制备聚乳酸纤维  23
    1.3.2 静电纺聚乳酸纤维  23-25
  1.4 静电纺蜘蛛丝和聚乳酸纤维在生物医学方面的应用  25-27
    1.4.1 组织工程支架材料  25-26
    1.4.2 药物释放载体  26
    1.4.3 医用敷料  26-27
    1.4.4 其它  27
  1.5 本课题研究的目的和内容  27-28
第二章蜘蛛丝/聚乳酸复合静电纺纳米级纤维纱的纺制工艺  28-45
  2.1 实验部分  28-30
    2.1.1 实验材料  28
    2.1.2 实验仪器  28
    2.1.3 纺丝液制备  28
    2.1.4 静电纺纳米纤维纱的连续纺制  28-29
    2.1.5 结构与性能的测定  29-30
  2.2 PLLA 与蜘蛛丝蛋白的溶液混合比的确定  30-33
    2.2.1 纺丝工艺条件  30
    2.2.2 结果与分析  30-33
  2.3 加热区温度的确定  33-36
    2.3.1 纺丝工艺条件  33-34
    2.3.2 结果与分析  34-36
  2.4 卷绕速度和纺丝液流量的确定  36-40
    2.4.1 纺丝工艺条件  36-37
    2.4.2 结果与分析  37-40
  2.5 纺丝电压的确定  40-42
    2.5.1 纺丝工艺条件  40
    2.5.2 结果与分析  40-42
  2.6 优化工艺条件下纱线的稳定性  42-43
  2.7 本章结论  43-45
第三章蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的后加工  45-63
  3.1 加捻对静电纺蜘蛛丝/聚乳酸纳米纤维纱的作用  45-52
    3.1.1 实验材料与仪器  45
    3.1.2 加捻试样的制备  45
    3.1.3 结构与性能的测定  45-46
    3.1.4 结果和分析  46-52
  3.2 后拉伸处理蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的作用  52-61
    3.2.1 实验材料与仪器  52
    3.2.2 加工工艺  52
    3.2.3 结构与性能的测定  52-53
    3.2.4 结果与分析  53-61
  3.3 本章结论  61-63
第四章蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的生物降解性和细胞相容性  63-73
  4.1 蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的磷酸缓冲液降解性  63-65
    4.1.1 实验  63-64
    4.1.2 结果与分析  64-65
  4.2 蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的酶降解实验  65-66
    4.2.1 实验  65-66
    4.2.2 结果与分析  66
  4.3 蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱细胞相容性实验  66-72
    4.3.1 实验  67-68
    4.3.2 结果与分析  68-72
  4.4 本章结论  72-73
第五章结论和展望  73-76
  5.1 纺丝工艺条件对纱线结构和性能的影响  73-74
  5.2 后加工处理对蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的结构和性能的影响  74
  5.3 蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的生物降解性和细胞相容性  74
  5.4 展望  74-76
参考文献  76-91
攻读学位期间公开发表和已投稿的论文  91-92
致谢  92

蜘蛛丝/聚乳酸静电纺纳米纤维纱的结构与性能

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