Способ получения композитных пленок, состоящих из нановолокон

Изобретение относится к области нанотехнологии, материаловедения и может быть использовано при конструировании мембран, подложек, фильтров. Предлагаемый способ получения пленки из нановолокон заключается в том, что готовят растворы двух или более полимеров, проводят формование нановолокон полимеров методом электроспиннинга и формируют пленку из смеси нановолокон. Согласно изобретению, для электроспиннинга используют сосуд с жидкостью, в которой не растворяется ни один из полимеров, и с погруженным в сосуд противоэлектродом. Электроспиннинг осуществляют путем подачи напряжения между сосудом и электродом и распыления каждого раствора полимера отдельно из металлического капилляра в сосуд с образованием взвеси нановолокон полимеров в указанной жидкости. Далее перемешивают взвесь гомогенизатором, после чего осуществляют формование пленки путем удаления жидкости. Распыление растворов полимеров в сосуд с жидкостью может осуществляться последовательно или одновременно. Кроме того, удаление жидкости может осуществляться путем осаждения нановолокон на фильтре или путем высушивания. Изобретение позволяет формировать пленки из нановолокон полимеров различной природы и химического состава. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области нанотехнологии, материаловедения и может быть использовано при конструировании мембран, подложек, фильтров.

Известен способ формования нановолокон и получения из них нетканых материалов путем приложения высокого напряжения между металлическим капилляром и осадительным электродом и подачи в капилляр раствора (расплава) полимера, который под действием электрического поля вытягивается в тонкую струю, которая при испарении растворителя (или отверждении расплава) превращается в тонкое волокно, которое дрейфует на осадительный электрод (коллектор) и под действием электрического поля уплотняется и формирует тонкий материал. Осадительный электрод может иметь различную форму: пластина, вращающийся барабан и т.п. (Н.Р. Прокопчук, Ж.С. Шашок, Д.В. Прищепенко, В.Д. Меламед, Электроформование нановолокон из раствора хитозана (обзор). «Полимерные материалы и технологии», т. 1 (2015), №2, с. 36-56).

Наиболее близким к предложенному является способ получения пленок из нановолокон методом электроспининга, в котором пленка формируется из смеси полимеров в одном растворителе (RU 2669344 С1, опуб. 10.10.2018). Способ включает приготовление полимерной' композиции путем растворения исходного синтетического полимера в растворителе, смешивание раствора полимера с раствором белка и лекарственного средства и проведение электроспиннинга путем нанесения на электрод-коллектор полученной полимерной' композиции.

Недостатком данного способа является невозможность получения композитных нановолокнистых пленок состоящих из полимеров, растворяющихся в несмешивающихся растворителях (например, вода и дихлорметан), не позволяющих получить исходный раствор, содержащий смесь этих полимеров, обеспечивающий получение композитных волокон.

Например, данным способом невозможно изготовить пленку, состоящую из композитных нановолокон из полисахарида и полилактида, так как полилактид не растворим в воде, а полисахарид не растворим в дихлорметане.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа формирования пленок из нановолокон полимеров различной природы и химсостава, не растворяющихся одновременно в общем растворителе.

Техническая проблема решается способом получения пленки из нановолокон, заключающимся в том, что готовят отдельно растворы двух или более полимеров, проводят формование нановолокон полимеров методом электроспиннинга и формируют пленку из смеси нановолокон, при этом, согласно изобретению, для электроспиннинга использовали сосуд с жидкостью, в которой не растворяется ни один из полимеров, и с погруженным в сосуд электродом (противоэлектродом), электроспиннинг осуществляют путем подачи напряжения между сосудом и электродом и распыления отдельно каждого раствора полимера из металлического капилляра в сосуд с образованием взвеси нановолокон полимеров в указанной жидкости, далее перемешивают взвесь гомогенизатором, после чего осуществляют формование пленки путем удаления жидкости.

Кроме того, распыление растворов полимеров в сосуд с жидкостью может осуществляться последовательно или одновременно.

Кроме того, удаление жидкости может осуществляться путем осаждения нановолокон на фильтре или путем высушивания.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в обеспечении возможности получения пленок, состоящих из комбинации различных типов нановолокон, например, нановолокон полилактида и полисахарида, которые не растворяются в одном общем растворителе и которые нельзя сформовать из раствора смеси полимеров.

Данный способ позволяет получать многокомпонентные пленки из большого числа различных полимеров. Для каждого полимера или группы полимеров подбирают «плохой растворитель», в котором полимер нерастворим или плохо растворим. Например, для белковых пленок, «плохими растворителями» являются спирты - этанол или изопропанол. Далее в сосуд с «плохим растворителем» (в качестве противоэлектрода) распыляются отдельно каждый из растворов полимеров в индивидуальном растворителе (причем они могут быть несовместимыми) с формированием нановолокон и формированием взвеси этих нановолокон в «плохом растворителе». Далее взвесь после гомогенизации используется для формирования нановолокнистой пленки.

Примеры полимеров и «плохих растворителей» для них: для белков, полилактида, полиоксибутерата, капралактона, полигликолида, гиалоурановой кислоты, и их сополимеров «плохими растворителями» являются изопропанол, этанол, метанол, глицерин и ряд других спиртов.

На изображении показана полученная предложенным способом композитная пленка из нановолокон полилактида, гиалуроновой кислоты и коллагена. Размер кадра - 15 мкм

Пример 1

Для получения пленки предлагаемым способом брали раствор полилактида концентрацией 7% в дихлорметане. При распылении раствора использовали шприц с металлическим капилляром с внутренним диаметром 0,5 мм и противоэлектрод в виде пластины 10×10 см из нержавеющей стали, погруженный в сосуд с изопропанолом. Между сосудом и противоэлектродом создавали высокое напряжение 30 кВ при расстояниях между электродами по обе стороны от пластины по 15 см. Распыляли раствор полилактида в сосуд с изопропанолом, в результате этого процесса формировалась взвесь из нановолокон в сосуде с изопропанолом. Далее в этот же сосуд из другого шприца с металлическим капилляром с внутренним диаметром 0,5 мм (возможно и одновременно) распыляли 1% водный раствор гиалуроновой кислоты и 2% раствор коллагена из третьего шприца (возможно и одновременно). Получали композитную взвесь, состоящую из нановолокон полилактида, гиалуроновой кислоты и коллагена. Далее взвесь тщательно перемешивали гомогенизатором и пропускали через фильтр. На фильтре формировалась композитная пленка из нановолокон полилактида, гиалуроновой кислоты и коллагена. Возможно формирование пленки путем высушивания взвеси. Взвесь заливается в сосуд с плоским дном, например, в чашку Петри и помещается в вакуумный шкаф для высушивания. После полного испарения жидкости на дне чашки Петри образуется нановолокнистая пленка.

Пример 2

Для получения пленки предлагаемым способом брали раствор поликапролактона концентрацией 7% в дихлорметане. При распылении раствора использовали шприц с металлическим капилляром с внутренним диаметром 0,5 мм и противоэлектрод в виде пластины 10×10 см из нержавеющей стали, погруженный в сосуд с изопропанолом. Между сосудом и противоэлектродом создавали высокое напряжение 30 кВ при расстояниях между электродами по обе стороны от пластины по 15 см. Распыляли раствор поликапролактона в сосуд с изопропанолом, в результате этого процесса формировалась взвесь из нановолокон в сосуде с изопропанолом. Далее в этот же сосуд из другого шприца с металлическим капилляром с внутренним диаметром 0,5 мм (возможно и одновременно) распыляли 10% раствор желатина (возможно и одновременно). Получали композитную взвесь, состоящую из нановолокон поликапролактона и желатина. Далее взвесь тщательно перемешивали гомогенизатором и пропускали через фильтр. На фильтре формировалась композитная пленка из нановолокон поликапролактона и желатина. Возможно формирование пленки путем высушивания взвеси. Взвесь заливается в сосуд с плоским дном, например, в чашку Петри и помещается в вакуумный шкаф для высушивания. После полного испарения жидкости на дне чашки Петри образуется нановолокнистая пленка.

Пример 3

Для получения пленки предлагаемым способом брали раствор полиоксибутерата концентрацией 7% в гексафторизопропаноле. При распылении раствора использовали шприц с металлическим капилляром с внутренним диаметром 0,5 мм и противоэлектрод в виде пластины 10×10 см из нержавеющей стали, погруженный в сосуд с изопропанолом. Между сосудом и противоэлектродом создавали высокое напряжение 30 кВ при расстояниях между электродами по обе стороны от пластины по 15 см. Распыляли раствор полиоксибутерата в сосуд с изопропанолом, в результате этого процесса формировалась взвесь из нановолокон в сосуде с изопропанолом. Далее в этот же сосуд из другого шприца с металлическим капилляром с внутренним диаметром 0,5 мм (возможно и одновременно) распыляли 10% раствор альбумина (возможно и одновременно). Получали композитную взвесь, состоящую из нановолокон поликапролактона и желатина. Далее взвесь тщательно перемешивали гомогенизатором и пропускали через фильтр. На фильтре формировалась композитная пленка из нановолокон полиоксибутерата и альбумина. Возможно формирование пленки путем высушивания взвеси. Взвесь заливается в сосуд с плоским дном, например, в чашку Петри и помещается в вакуумный шкаф для высушивания. После полного испарения жидкости на дне чашки Петри образуется нановолокнистая пленка.

1. Способ получения пленки из нановолокон, заключающийся в том, что готовят раздельно растворы двух или более полимеров, проводят формование нановолокон полимеров методом электроспиннинга и формируют пленку из смеси полимеров, отличающийся тем, что для электроспиннинга используют сосуд с жидкостью, в которой не растворяется ни один из полимеров, и с погруженным в сосуд электродом, электроспиннинг осуществляют путем подачи напряжения между сосудом и электродом и распыления каждого раствора полимера из металлического капилляра в сосуд с образованием взвеси нановолокон полимеров в указанной жидкости, далее перемешивают взвесь гомогенизатором, после чего осуществляют формование пленки путем удаления жидкости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распыление растворов полимеров в сосуд с жидкостью осуществляют последовательно.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распыление растворов полимеров в сосуд с жидкостью осуществляют одновременно.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование пленки осуществляют путем осаждения нановолокон на фильтре.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование пленки осуществляют путем высушивания.