基于CS/PVA静电纺复合纳米纤维的制备及性能研究

发布时间：2021-07-21 05:10

　　静电纺丝是制备抗菌纳米材料的一项简便、高效、可产业化应用的先进技术。时下,采用环境友好、可再生的生物质原料制备抗菌纳米材料,对于生物质高值化应用和产业化推广都有着重要意义。本文对于静电纺丝工艺参数进行了详细探究,系统考察了电压、流速、收集距离、滚筒转速、环境湿度等电纺参数对于纺丝过程及纤维形貌的影响,解决了参数可靠性问题。根据研究结果确定适宜的纺丝条件为:电压16 kv,流速0.5 m L/h,收集距离15 cm,滚筒转速300-500 r/min,环境湿度20-50%。通过优化纺丝工艺条件,为抗菌复合纳米纤维的批量化制造提供了实验依据和理论基础。针对传统静电纺丝大多采用有毒有机试剂,对环境造成潜在危害的问题,本文提出了一种抗菌纳米纤维材料的绿色制备路线,选用了温和绿色环保的水相体系作为纺丝液静电纺丝制备复合纤维。详细比较了添加零维的纳米二氧化钛（Ti O₂）、一维的纳米纤维素晶体（CNCs）和二维的蒙脱土（MMT）作为纳米填料对纳米复合纤维的影响。以壳聚糖（CS）和聚乙烯醇（PVA）作为纺丝原料,通过共混的方法,静电纺丝制备出了平均直径在100-400 nm范围... 

【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

壳聚糖的分子结构

1绪论5图1.2静电纺丝的基本装置（Xue等，2017）Figure1.2.Basicdeviceofelectrostaticspinning.静电纺丝的基本装置如图1.2所示，主要由高压电源、纺丝液供给系统、喷丝头和收集装置四个模块组成。高压电源输出电流，电源可以是直流电（DC）或交流电（AC）；纺丝液供给系统由微量推进泵和注射器组成，可以定量提供纺丝液；喷丝头通常采用钝口的注射器针头并连接电源正极；接地的导电收集极用于沉积纤维，常见的收集装置有金属滚筒、平板、笼型转筒、圆盘、水浴接收极等。静电纺丝的过程是利用高压静电作用，使聚合物液体带电后极化发生锥状形变或是形成泰勒锥，电荷在末端累积，当液滴表面的静电斥力逐渐增加至大于液体表面张力后，原先力的平衡状态被打破，细小的带电液体随之从锥状液滴表面高速且连续地飞射出来，形成带电射流，并在较短的时间和距离内被电场力拉伸，溶剂挥发扩散到环境中，溶质聚合物则固化形成连续纤维沉积在接收装置上。理论上，绝大部分可以熔融或溶解的聚合物均可进行静电纺丝。纺丝的原料可分为有机聚合物类，包括天然高分子和合成高分子；无机类，包括氧化物、碳化物、金属及氮化物等（丁彬等，2019）；无机/有机复合类，通过原位合成、溶胶-凝胶、共混等方法，将聚合物与无机成分混合在一起制成纺丝前驱体；此外，一些具有一定浓度，可以提供足够链缠结的小分子也可用作为纺丝原料（Xue等，2019）。

基于CS/PVA静电纺复合纳米纤维的制备及性能研究6图1.3（a）静电纺丝纤维直径与生物和技术对象直径的比较；（b）被聚乙烯醇静电纺丝纤维环绕的人类头发的SEM图像（Greiner等，2007）Figure1.3.(a)Comparisonofthediametersofelectrostaticspinningfibersandbiologicalandtechnicalobjects;(b)SEMimageofhumanhairsurroundedbypolyvinylalcoholelectrospinningfibers.图1.4静电纺丝纤维在不同领域的应用（Bhardwaj等，2010）Figure1.4.Applicationofelectrostaticspinningfiberindifferentfields.静电纺丝技术为生产直径可达纳米的超细纤维打开了一扇大门。一般来说，静电纺丝可以方便地生产直径从几十纳米到几微米不等的超细连续纤维（Dzenis，2004）。


本文编号：3294381