静电纺丝法制备微纳结构超疏水纤维膜

发布时间：2017-09-09 08:20

  本文关键词：静电纺丝法制备微纳结构超疏水纤维膜

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【摘要】：超疏水材料是指水滴和材料表面静态接触角大于150°,而滚动接触角小于10°的材料,应用范围包括自清洁、油水分离、防冻以及降低流体阻力等。材料的超疏水性能除了与它的表面自由能有关之外,还与其表面的微纳米级别的粗糙结构紧密相关。因此,调整材料表面的微纳结构可以影响材料的疏水性能。静电纺丝是一种简单、有效的制备微米至纳米纤维的纺丝技术。由于静电纺丝可通过调控纺丝参数和条件制备表面形貌、纤维尺寸和拓扑结构不同的纤维膜材料,因此可采用不同形貌的静电纺丝产物结合来构建具有微纳米多级结构的复合纤维膜材料(纤维与微球)。本论文选取氢化的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)为聚合物材料,具体探究内容如下:(1)利用静电纺丝法制备微纳米多级结构的SEBS纤维膜,通过控制纤维膜的表面形貌、尺寸和拓扑结构构造不同的微纳米多级结构,研究其对纤维膜疏水性能的影响。结果表明:微纳结构可以提高SEBS纤维膜的静态接触角,最高可以达到142°,但同时SEBS纤维膜的滚动接触角较大,因此超疏水性能一般。(2)研究SEBS纤维和SEBS微球所构成复合结构纤维膜的疏水性能。在SEBS纤维膜表面电喷一层SEBS微球,构成一定的微纳结构,研究微球的种类、微球的密度和微球的形貌对于复合纤维膜疏水性能的影响。结果表明:SEBS纤维和SEBS微球所构造的复合纤维膜的静态接触角可以达到156°,滚动接触角可以低至8°。采用退火的方法固定复合微球/纤维膜,不但可保持其良好的超疏水性能,并且抗冲洗性能大幅提高,在连续冲洗200h后,其结构和性能仍保持稳定。(3)研究SEBS/SiO_2复合纤维膜的疏水性能。通过电纺制备SEBS/SiO_2复合纤维,研究SiO_2纳米粒子在纤维膜表面的分布对于纤维膜疏水性能的影响;在SEBS纤维膜表面电喷一层SiO_2纳米粒子,通过控制SiO_2纳米粒子不同大小的团聚体密度来构造微纳米多级结构。结果表明:无论是电纺SEBS/SiO_2还是电喷SiO_2纳米粒子在SEBS纤维膜的表面,SiO_2纳米粒子的引入大幅丰富了纤维膜的微纳结构,均可以制备得到超疏水的复合纤维膜,其静态接触角大于150°,滚动接触角小于10°。
【关键词】：超疏水 微纳结构 静电纺丝 复合纤维膜
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ340.64;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 超疏水概述10-18
• 1.1.1 超疏水现象10-11
• 1.1.2 超疏水理论11-14
• 1.1.3 超疏水材料的应用14-16
• 1.1.4 超疏水表面的制作技术16-18
• 1.2 静电纺丝概述18-25
• 1.2.1 基本原理和装置18-19
• 1.2.2 不同形貌、尺寸和拓扑结构的静电纺丝纤维膜19-24
• 1.2.3 静电纺丝法制备超疏水表面24-25
• 1.3 本课题的研究内容和意义25-27
• 1.3.1 本研究的目的及意义25
• 1.3.2 本研究的主要内容25-26
• 1.3.3 本研究的创新之处26-27
• 第二章 静电纺丝制备SEBS纤维膜27-45
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验原料与仪器28
• 2.3 实验部分28-30
• 2.3.1 纺丝液的配制28-29
• 2.3.2 静电纺丝29
• 2.3.3 流延法制备薄膜29
• 2.3.4 测试与表征29-30
• 2.4 结果与讨论30-44
• 2.4.1 SEBS纤维膜的制备30-32
• 2.4.2 纤维表面孔洞对于纤维膜润湿性能的影响32-36
• 2.4.3 表面串珠对于纤维膜润湿性能的影响36-38
• 2.4.4 纤维直径对于纤维膜润湿性能的影响38-40
• 2.4.5 纤维收集密度对于纤维膜润湿性能的影响40-42
• 2.4.6 收集方式对于纤维膜润湿性能的影响42-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第三章 静电纺丝制备SEBS纤维/微球复合纤维膜45-61
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验原料与仪器46-47
• 3.3 实验部分47-49
• 3.3.1 纺丝液的配制47
• 3.3.2 静电纺丝制备SEBS纤维47
• 3.3.3 静电喷涂制备SEBS微球47
• 3.3.4 测试与表征47-49
• 3.4 结果与讨论49-60
• 3.4.1 微球的制备49-51
• 3.4.2 微球的密度对于复合纤维膜疏水性的影响51-53
• 3.4.3 微球的种类对于复合纤维膜疏水性的影响53-55
• 3.4.4 微球的形貌对于复合纤维膜疏水性的影响55-57
• 3.4.5 复合纤维膜的冲洗性能57-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 静电纺丝制备SEBS/SiO_2复合纤维膜61-74
• 4.1 引言61-62
• 4.2 实验原料与仪器62
• 4.3 实验部分62-64
• 4.3.1 纺丝液的配制62-63
• 4.3.2 静电纺丝制备SEBS纤维和SEBS/SiO_2复合纤维63
• 4.3.3 静电喷涂制备SiO_2微球63
• 4.3.4 测试与表征63-64
• 4.4 结果与讨论64-72
• 4.4.1 电纺制备SEBS/SiO_2复合纤维膜64-67
• 4.4.2 电喷制备SEBS/SiO_2复合纤维膜67-72
• 4.5 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 答辩委员会对论文的评定意见85

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本文编号：819323