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摘 要

醋酸纤维素可以和生物较好地进行相容和具有可纺的特点，这使其易于与其他材料混合，常应用于静电纺丝领域。但吸湿性差及透气性差，从而限制了其应用，因此需要对其改性。聚谷氨酸易溶于水，环保，保水性及吸湿性良好，可以使用静电纺丝法将γ-聚谷氨酸对醋酸纤维素进行改性，从而能够获得性能优异的复合膜。

本文采用静电纺丝技术，选择生物相容性良好的醋酸纤维素为基体材料，将γ-聚谷氨酸添加到醋酸纤维素中，制备了醋酸纤维素/γ-聚谷氨酸共混纤维膜。研究了体系中聚合物组成对纤维的表面形貌、亲水性等性能的影响。结果表明改变醋酸纤维素、γ-聚谷氨酸之间的质量比，对纤维的形貌、直径和亲水性能产生影响。

关键词：醋酸纤维素 γ-聚谷氨酸 静电纺丝 共混纤维膜 性能研究

Preparation and properties of cellulose acetate/gamma-polyglutamic acid blend fiber membranes

Abstract

Cellulose acetate has good biocompatibility and spinnability and is easy to be mixed with other materials. However, poor moisture absorption and poor air permeability limit its application, so it needs to be modified. Polyglutamic acid is easily soluble in water. It is environmentally friendly, has good water retention and hygroscopicity. Gamma-polyglutamic acid can be used to modify cellulose acetate by electrostatic spinning.

In this paper, cellulose acetate/gamma-polyglutamic acid blend fiber membranes were prepared by adding gamma-polyglutamic acid to cellulose acetate using electrospinning technology.The effect of polymer composition on the surface morphology and hydrophilicity of the fiber was studied.The results showed that changing the mass ratio between cellulose acetate and gamma-polyglutamic acid had an effect on fiber morphology, diameter and hydrophobicity properties.

Keywords: cellulose acetate; polyglutamic acid; electrostatic spinning; blend fiber membrane; properties study

目录

第一章 综述 6

1.1引言 6

1.2醋酸纤维 7

1.1.1醋酸纤维的概述 7

1.1.2醋酸纤维的特点 7

1.1.3醋酸纤维的现状 7

1.2γ-聚谷氨酸 8

1.2.1γ-聚谷氨酸的概述 8

1.2.2γ-聚谷氨酸的特点 8

1.2.3γ-聚谷氨酸的现状 8

1.3静电纺丝 9

1.3.1静电纺丝的概述 9

1.3.2静电纺丝的发展 9

1.3.3静电纺丝技术现状 9

1.4扫描电子显微镜 10

1.4.1扫描电子显微镜的现状 10

1.4.2扫描电子显微镜的工作原理 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验材料 11

2.1.1 材料与试剂 11

2.1.2 实验仪器 11

表2-1 实验仪器及仪器厂家 11

2.2实验方法 12

2.2.1 醋酸纤维素纤维膜的制备 12

2.2.2 醋酸纤维素/γ-聚谷氨酸共混纤维膜的制备 13

2.3 实验结果与讨论 14

2.3.1 醋酸纤维素纤维膜形貌表征 14

2.3.2 醋酸纤维素/γ-聚谷氨酸共混纤维膜形貌表征 18

2.3.3综合热分析仪测试 20

2.3.4接触角测试 21

第三章 结论与展望 22

3.1结论 22

3.2 展望 22

参考文献 23

致谢 24

综述

1.1引言

静电纺丝是制造平均直径在微米到纳米范围内的纤维的一个有趣的过程。在此过程中，聚合物液体(即溶液或熔体)的连续链通过喷丝头由高静电力牵引，以无纺布的形式随机沉积在接地集电极上。纤维具有一些有趣的特性，例如高表面面积质量或体积比，具有高孔隙率的纤维间小孔径，表面功能化的巨大可能性等等^[1]。这些使电纺聚合物纤维成为广泛应用的良好候选材料。

醋酸纤维素最早由Paul Schu¨tzenberger于1865年制备，是由纤维素和醋酸脱水形成的一种酯，且是构成绿色植物中细胞壁的主要元素和地球物质的最常见的化学物质之一。酸纤维已被制备成用于分离过程的半透膜以及用于生物医学应用的纤维和薄膜。客观的发展实际上电纺CA纤维垫作为局部的运营商和/或皮肤释放植物提取物、更多选择的溶剂和混合溶剂,导致连续电纺的CA纤维需要探索更广泛,因为溶剂通常用于提取植物arehexane,二氯甲烷(DCM)、乙酸乙酯(EA)、乙醇和甲醇^[2]。

1.2醋酸纤维

1.1.1醋酸纤维素简介

醋酸纤维素(CA)， 也称为乙酸纤维素。是由科学家在1865年首次以醋酸作为溶剂，乙酸酐作为乙酰化剂，在催化剂酯化作用下成功制备的一种热塑性树脂的物质^[3]。纤维素衍生物也是最早用于商业化生产，且在以后中不断得到技术发展的纤维素有机酸酯。醋酸纤维素性能是由纤维素中酰化程度决定的，是一种主要结构特点是其中羟基经乙酸酯改性的天然高分子^[4]。

1.1.2醋酸纤维素性质

醋酸纤维素为白色固体，分子结构中醋酸盐的含量对其溶解度产生重要影响，含量不同，溶解度随之变化，而且其结构也会影响其溶解特性。醋酸纤维有许多优点，比如，良好的柔韧性、光泽度和熔体流动性，优良的热塑性和成型性高等特点^[5]。可以溶于多种有机溶剂，可以和多种生物成分相容，安全性和稳定性俱佳。目前醋酸纤维素超细纳米纤维膜在工业中已经得到应用，可以通过改变静电纺丝参数来实现控制纺丝直径的大小，扩大其在生产实践中的应用。

1.1.3醋酸纤维素的研究现状

酸性纤维素在工业生产中应用广泛，是纤维素家族中的典型代表，由于其良好的生物降解性，具有广阔的应用前景，已成为生物科学领域中重要的材料，可以结合其他各式各样的生物活性成分或材料，通过静电纺丝技术制成性能优良的生物材料，现已在部分领域如医学中得到应用。

1.2γ-聚谷氨酸

1.2.1γ-聚谷氨酸简介

γ-聚谷氨酸又名纳豆胶（γ- PGA）。具有对人和环境友好无毒的特点，在自然界中可以通过人工合成和微生物发酵获得，分子量在100kDa到10000kDa之间，具有良好的水溶性。化学结构特点鲜明，是由左右光谷氨酸和γ-位上的酰胺键聚合而成的多肽高分子聚合物^[6]。

1.2.2γ-聚谷氨酸性质

聚谷氨酸是一种生物高分子材料，具有优良的环保性能和良好的生物降解性。由于分子结构中含有大量的氨基和羧基，水溶性和吸湿性俱佳。因此可以在水处理领域如吸附重金属和絮凝净化、药物领域如缓慢释放和药物负载、农业领域如土壤保水等中得到广泛应用^[7]。相信通过有关科研人员的努力研究，未来聚谷氨酸将在沙漠管理、化妆品、农业、环保食品、医药、等行业进一步发挥具有巨大的商业和社会价值。

1.2.3γ-聚谷氨酸研究现状

聚谷氨酸发展时间较短，区区几十年。特别是生物发酵法制备的聚谷氨酸，人们对其研究主要集中在性质、生产、细菌筛选、发酵过程、提取和纯化过程,以及聚谷氨酸衍生物制品的生产和性能，且这种研究大部分还处于试验阶段^[8]。近段时间，随着人们的环保和可持续发展意识增强,越来越意识到环保材料的开发和应用的重要性，促使相关研究人员和机构投入更多的人力，财力和物力来研究聚谷氨酸，促进聚谷氨酸的应用，扩大聚谷氨酸的使用。今后，随着聚谷氨酸的应用和产业化，将会有更多的企业和科研机构参与进来，促进聚谷氨酸更大规模的生产和应用。

1.3静电纺丝

1.3.1静电纺丝的简介

静电纺丝是一种电流体力学过程，在此过程中液滴带电产生射流，然后拉伸和伸长产生纤维。在静电纺丝过程中，液体从喷丝器中挤出来，由于表面张力而形成一个垂滴。带电后，表面电荷之间由于电负性相同而产生静电斥力使液滴变形为泰勒锥，并从中喷射出带电射流。由于弯曲的不稳定性，射流最初沿直线扩展，然后经历剧烈的摆动。当射流被拉伸成更细的直径时，它会迅速凝固，致使固体纤维沉积在收集器上[9-10]。

1.3.2静电纺丝的发展

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