醋酸纤维素纳米复合电纺丝纤维的结构和性能研究

发布时间：2020-06-02 10:34

【摘要】：醋酸纤维素(CA)作为一种重要的生物基聚合物,被广泛应用于膜材料、服装业、组织工程等领域。因其具备优异的可纺性,常用作静电纺丝中的纺丝基体,改性后的CA进行电纺丝可以获得性能各异的纳米复合纤维。本文基于CA电纺丝纳米纤维的纺丝条件及物理改性手段,展开了以下三个方面的研究:(1)探究CA浓度与纺丝电压强度对纳米纤维形貌与结构的影响。调节纺丝电压与浓度进行静电纺丝,通过SEM、EDS、FTIR、WCA等手段对纺丝样品进行表征。结果表明,随着CA浓度的增加,电纺丝纤维直径逐渐增加;随着纺丝电压的增加,电纺丝纤维直径呈现先增加后减小的趋势;当纺丝液浓度为15 wt.%,纺丝电压为17.5 kV时,所得到的纳米纤维均匀且密集,确定其为最佳的纺丝条件。同时发现,采用静电纺丝得到的CA纤维,由亲水性(60~80°)转变为疏水性(95~125°),其接触角随纤维膜孔隙率的增加而减小。(2)探究花瓣型镁基阻燃剂/CA纳米复合电纺丝纤维的形貌结构与性能。通过沉淀法制备了两种花瓣型镁基阻燃剂:碱式碳酸镁(MgO-P)与氧化镁(MgO),将这两种阻燃剂以不同质量分数分别与CA共混,在(1)中的纺丝条件下制备出纳米复合纤维,通过XRD、SEM、EDS、HRTEM、FTIR、TGA、阻燃测试等手段进行表征。结果表明,随着阻燃剂浓度的增加,复合纤维的阻燃性能持续增加,当阻燃剂浓度为3 wt.%时,MgO-P/CA与MgO/CA纤维的阻燃效果分别提升了26.3和23.5倍,继续增加阻燃剂浓度后,纤维逐渐变脆,难以从铝箔上揭下完整的膜。(3)探究纤维素纳米晶(CNC)/CA纳米复合电纺丝纤维的形貌结构与性能。将不同质量分数的CNC分别与CA共混,在(1)中的纺丝条件下电纺丝得到纳米复合纤维,采用流变测试、HRTEM、SEM、XRD、FTIR、TGA、力学测试等手段进行表征。结果表明,随着CNC浓度的增加,复合纤维的力学性能呈现纤维增大后减小的趋势。当CA浓度为0.105 wt.%时,纤维的断裂应力最大为5.72MPa,较之CA纤维提高了2.8倍;断裂伸长率最大为2.47%,较之CA纤维提高了2.2倍。
【图文】：

静电纺丝

[11-17]。图1.1 静电纺丝装置示意图Fig.1.1 Schematic diagram of electrospinning apparatus1.3 影响静电纺丝的参数静电纺丝受众多因参数影响，通常分为三类：溶液参数、过程参数和环境参数。1.3.1 溶液参数1.3.1.1 聚合物的相对分子质量静电纺丝溶液的溶质一般都为聚合物，其相对分子质量对纺出的纤维影响十分显著，主要原因是它将直接影响到溶液的流变性质和电学性质。当使用的聚合物分子量较低时，所纺的纤维将会出现更多的串珠结构，随着分子量的提高，聚合物中分子链在溶液中更容易发生缠结，从而使溶液粘度增大，在静电纺丝过程更容易被拉伸，从而形成纤维。Kosk 等[18]研究了电纺丝聚乙烯醇纤维时发现，在相同的聚合物浓度下

醋酸纤维素,结构式

[42]。图1.2 醋酸纤维素的结构式Fig.1.2 Structural formula of cellulose acetate1.5 醋酸纤维素的改性方法CA 具备许多优点的特性，如优良的生物相容性、高选择性、易加工、易与其他材料共混的特点。但由于 CA 的结构功能单一，使其应用领域受到限制。因此，在研究 CA 电纺丝纤维时，通常对 CA 进行改性。1.5.1 物理改性对 CA 进行物理改性，就是在不改变 CA 分子结构的前提下，将另一组分与CA 进行共混，，配成纺丝液，再对混合溶液进行静电纺丝来制备改性的电纺丝 CA纳米复合纤维。常见的改性物质有聚合物、纳米粒子等[43-45]。Quirós 等[46]通过将纳米银和纳米铜粒子分别与 CA 掺杂并进行静电纺丝
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ342.94

【参考文献】