СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ ПЛЕНОК, СОСТОЯЩИХ ИЗ НАНОВОЛОКОН
METHOD OF PRODUCING COMPOSITE FILMS CONSISTING OF NANOFIBRES

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.