一种改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法与流程

本发明属于纳米纤维素膜制备，具体涉及一种改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法。

背景技术：

1、在清洁能源需求不断增长和便携式微型设备发展的推动下，环保能源技术和新型材料吸引了人们的大量探索，这些技术可以从周围环境中获取能源，包括太阳能、风能、海浪和机械能。其中，自然界和生活环境中的一些机械能，如机械振动、声波和身体运动，被认为是潜在的可再生能源。其中，具有微米或纳米结构的压电材料因其便携性、可持续性、结构简单和广泛的应用环境而引起了人们的极大关注。

2、在天然存在的聚合物中，纤维素是丰富的聚合物，具有优异的生物相容性和生物降解性，并提供无毒、低成本、优异的耐化学性和机械性能。此外，纤维素中含有丰富的和高结晶度的极性羟基，导致含有大量具有强给电子能力的偶极，赋予其本征的压电效应。然而，由于纤维素在溶剂中的溶解度有限，导致纤维素的加工很困难，但其乙酰化有助于所得聚合物在有机溶剂中的溶解。醋酸纤维素是纤维素的衍生物，达到一定的乙酰化程度，具有良好的成纤维性能。

3、电纺纳米纤维具有大的表面积与体积比、高孔隙率、可变孔径和高度互连的多孔结构，因此在纺织品、生物医学、和传感器中具有吸引力。由于其无毒性、在有机溶剂中的溶解性、良好的稳定性、生物相容性和生物降解性，醋酸纤维素已成为静电纺丝纤维膜中极具发展潜力的一个分支。纤维素表现出压电系数d33 仅为0.4 pc/n的有限的压电性，这限制了其在高性能压电能量收集中的应用。因此，提高醋酸纤维素的压电性能，以制造可再生的和生物相容的压电传感器是非常必要的。目前的研究多集中在探讨醋酸纤维素膜在医用敷料、过滤、吸附等领域中的应用，关于提高醋酸纤维素膜的本征压电性的研究很少。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有醋酸纤维素膜压电性能有限的问题，提供了一种压电性能好的改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，包括如下步骤：

4、 （1） 将n, n-二甲基乙酰胺与丙酮按体积比为2:1-3:1混合，在室温下进行充分搅拌，得到透明溶液；

5、（2）将一定量的醋酸纤维素加入上述透明溶液中，进行充分搅拌，得到混合溶液，醋酸纤维素的浓度为15-20%；

6、（3）在上述混合溶液中加入蛋壳膜粉末，使蛋壳膜的浓度为0.1-0.5%，进行充分搅拌，得到纺丝原液；

7、（4）将纺丝原液在静电纺丝机中进行电纺，得到醋酸纤维素电纺膜；

8、（5）将所述的醋酸纤维素电纺膜浸入naoh/乙醇溶液中进行脱乙酰处理；取出脱乙酰纤维素纤维膜，用去离子水和乙醇充分洗涤，以去除残留的naoh溶液,直至溶液至中性；

9、（6）将洗涤后的纤维膜进行干燥，便得到所制备的改性醋酸纤维素电纺膜。

10、进一步的，所述醋酸纤维素中的乙酰基含量为37-39wt%，羟基含量为2.5 -3.5wt%。

11、进一步的，所述步骤（4）中静电纺丝的电压为18-22v。

12、进一步的，所述步骤（5）中naoh/乙醇溶液的浓度为0.05-0.08mol/l，脱乙酰处理时间为8-10h。

13、进一步的，所述步骤（6）中的干燥时间为20-24h。

14、进一步的，所述蛋壳膜粉末的制备方法为：将新鲜蛋壳膜剥离并溶解在含有1.5 m3-巯基丙酸和10%乙酸的混合物中，于85-95℃下保持6-8h，冷却至室温后，离心去除不溶性组分，调节溶液ph至5，过滤弃上清液，纯甲醇洗涤沉淀剂，经冷冻干燥得到蛋壳膜粉末。

15、蛋壳膜改性醋酸纤维素后增强压电性能原理：蛋壳膜本身为具有一定的压电性的材料，蛋壳膜内部的压电性归因于蛋壳膜中含有的酰胺、-oh和羰基基团之间通过偶极排列和微纤维内部强氢键形成的强关联。蛋壳膜中含有大量高胶原纤维(i型，v型和x型胶原蛋白)，包括其他不同的蛋白质，赋予蛋壳膜压电性。其中，i型胶原纤维由于其晶体链中存在n端和c端端肽以及c6对称性而表现出剪切压电性。此外，取向良好且紧密致密的肽纤维之间的孔隙使得蛋壳膜在外力作用下更容易产生位移，从而使蛋壳膜具有较高的压电性能。

16、采用蛋壳膜对醋酸纤维素进行改性，蛋壳膜与纤维素进行交联，由于可溶性蛋壳膜和纤维素之间的氢键分子相互作用，使得纤维素纳米纤维在外界机械激励作用下进行极化排列，从而产生更多的正负电子，进而产生更高的压电输出。使得改性后的醋酸纤维素的压电性能得到增强。

17、本申请制备的电纺膜具有优异的纤维长径比、大的比表面积和高的孔隙率，赋予纤维膜良好的透气性；通过与富含亲水性基团的蛋壳膜进行混纺，增强了纤维膜的亲水性，同时分子间的强氢键作用也提高了电纺膜的机械性能；此外，所制备的改性醋酸纤维素电纺膜具有增强的压电响应，可作为有潜力的能量供应的绿色能源。

18、本发明的优点具体如下：

19、（1）本发明采用静电纺丝技术制备得到的改性纤维素膜中纤维长径比高、比表面积大且孔隙率高，吸水性和透气性好具有较好的生物相容性和可降解性；

20、（2）本发明采用蛋壳膜对纤维素进行改性，提高了纤维膜的机械性能和压电性能，能够应用于人体运动检测和智能可穿戴领域。

技术特征：

1.一种改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，其特征在于：所述醋酸纤维素中的乙酰基含量为37-39wt%，羟基含量为2.5 -3.5 wt%。

3.根据权利要求1所述的改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中静电纺丝的电压为18-22v。

4.根据权利要求1所述的改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中naoh/乙醇溶液的浓度为0.05-0.08mol/l，脱乙酰处理时间为8-10h。

5.根据权利要求1所述的改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中的干燥时间为20-24h。

6.根据权利要求1所述的改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，其特征在于：所述蛋壳膜粉末的制备方法为：将新鲜蛋壳膜剥离并溶解在含有1.5 m 3-巯基丙酸和10%乙酸的混合物中，于85-95℃下保持6-8h，冷却至室温后，离心去除不溶性组分，调节溶液ph至5，过滤弃上清液，纯甲醇洗涤沉淀剂，经冷冻干燥得到蛋壳膜粉末。

技术总结
本发明涉及一种改性醋酸纤维素电纺膜的制备方法，该方法包括：将N,N‑二甲基乙酰胺与丙酮以一定比例混合，将醋酸纤维素加入上述透明溶液中，充分搅拌得到混合溶液；在上述混合溶液中加入一定量的蛋壳膜粉末，充分搅拌后得到纺丝原液；采用静电纺技术得到醋酸纤维素电纺膜，经过脱乙酰处理后洗涤干燥，得到改性醋酸纤维素电纺膜。本发明制备方法简单，步骤易于操作，制备的电纺膜具有优异的纤维长径比、大的比表面积和高的孔隙率，纤维膜透气性好；与富含亲水性基团的蛋壳膜进行混纺增强了纤维膜的亲水性，提高了机械性能；且改性醋酸纤维素电纺膜具有增强的压电响应，可作为有潜力的能量供应的绿色能源。

技术研发人员：范森,蔡晨原,梁鑫花,梁俊男,丛洪莲
受保护的技术使用者：无锡太平针织有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15