醋酸微纳米纤维的制备及其在空气过滤材料中的应用
发布时间：2020-12-06 21:36
传统纺织业中纤维素纤维的工业化制备技术已经相当成熟,随着原材料、用工价格以及融资、渠道费用等要素持续上升,订单逐渐向周边国家转移,传统纺织行业受到一定的挤压,而石油、煤、天然气等不可再生资源的日趋减少,这给再生纤维素纤维等可再生资源巨大的发展空间。2017年,作为我国支柱产业的纺织工业总产值为68935.65亿元,占GDP 8.3%,而2017年世界纤维素纤维(粘胶、醋酯、铜氨)总产量为536万吨,中国是世界上最大的生产国,占比71%,“十三五规划”在纺织工业科技进步纲要对纤维材料高新技术的指导意见中,以自主创新技术推进结构调整和产业升级,而纤维素纤维的功能化改性和差别化研究也在向着多功能化、细旦化、绿色环保等方向推进。醋酸纤维素(CA)主要用于纺织和香烟过滤嘴领域,而在纳米技术的不断发展下,醋酸微纳米纤维也渐渐被用于空气过滤、水过滤、伤口敷料、生物医用支架材料、储能元件、柔性显示屏、个人护理产品等多个应用领域。本文以醋酸纤维素为研究对象,首先总结了纤维素及其衍生物的微纳米纤维研究进展、批量化制备静电纺微纳米纤维的喷头设计以及空气过滤的机理及过滤效果表征方法。其次,首次探究了一种适用于...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同溶剂体系（a）DMAc/LiCl[28]；（b）NMMO[30]；（c）三氟乙酸[27]；（d）1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑/二甲基亚砜[26]静电纺丝得到的纤维素纤维形态
。Varesano 等设计了一个等间距平行线分布的 9 个针头（图 1-5（f）），在射流和收集器之间放置一个不导电的聚丙烯非织造布，以研究射流间的排斥力。Waclaw 等[180]还研究了串联、椭圆和同心排列的针头纺丝状态（图 1-5（g）），在纺丝产量和纤维质量方面，同心排列的针头优于其它两种类型。此外，多孔聚丙烯圆柱形针头也用于提高纺丝产量（图 1-5（h）），孔的大小为 10-20 m，据称其产量较之传统的单针头提高了 22到 250倍[186]。 在工业制造业中，扩大针头阵列可以轻易地提高纺丝产量。Yamashita 等[187]研究了工业化扩大多针头阵列的可行性（图 1-6（a）-（c））。当喷嘴间距减小时，液滴趋向于结合在一起，只有当针头之间的距离大于 3 mm 以上才能避免这个问题。一种自下而上的多针头阵列针头数量可以多达 6000 个，或者共轭排列的针头可达 38880 个[188，189]（图 1-6
东华大学博士学位论文第一章绪论221.5空气过滤机理分析静电纺微纳米纤维产品在过滤材料中的应用占有很大一部分，尤其是空气过滤，微纳米纤维较大的比表面积和较小的直径赋予滤芯材料高滤效的同时也降低了压降[194]，其中滤效是指未穿透膜的微粒数量占总测试微粒数量的比值，而压降是指流体通过膜前后能量损失所引起的压力降低。空气过滤是分析过滤材料对颗粒物的拦截作用机制，主要的过滤机理有拦截效应、惯性沉积和布朗扩散效应。1.5.1空气过滤机理过滤材料对颗粒物的拦截机理由Davies[243]在1952年在研究了前人所有的过滤理论后总结提出。在1969年时，Stechina[244]提出了颗粒物在纤维表面的滑移效应，当过滤材料中的纤维直径尺寸与气体中的分子平均自由程（=65.3nm）接近时，气体在纤维表面的运动速度不为零，而是呈现滑移状态，结合纤维直径尺度，气体在纤维表面的运动方式主要分为四种：自由分子流、过渡流、滑移流和连续流（见图1-12），这主要由材料的克努森数Kn决定（为纤维直径）。Kn=2（1-2）=√2（1-3）其中k=1.3810-23为玻尔兹曼常数，在20C（T=293K）时，P为1.01105Pa，空气分子间的距离约为3.710-10m，代入公式1-3中验证得到空气分子的平均自由程约为65.3nm。颗粒物过滤机理及不同过滤机理对总过滤效果的影响见图1-13，拦截效应一般用于解释直径为0.1-1m的颗粒捕获机理，在与纤维之间的范德华力作用下，被纤维拦截下来[245]；惯性沉积效应一般用于解释直径为0.3-1m的颗粒捕获机理，且较大质量或较大速度的颗粒具有较大的动量，在通过纤维过滤材料中的多尺寸分布连通孔隙时，与纤维撞击图1-12克努森数Kn与流体类型及纤维当量直径的关系Fig.1-12TherelationshipofKnudsennumberfiberdiameter
【参考文献】：
期刊论文
[1]液晶显示用三醋酸纤维素的现状[J]. 俞文骥,杨齐,邹耀邦,王燕. 塑料工业. 2017(04)
[2]静电纺丝非织造技术及其产业化现状[J]. 刘万军,靳向煜. 产业用纺织品. 2014(01)
[3]入侵植物加拿大一枝黄花制备二醋酸纤维素研究[J]. 徐莲莲,杨再福,朱丹丹. 应用化工. 2013(07)
[4]纤维素均相酰化反应后离子液体溶剂的回收及循环利用(英文)[J]. 黄科林,吴睿,曹妍,李会泉,王金淑. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(05)
[5]大麻秆浆制备醋酸纤维素的研究[J]. 李小保,吴晶晶,洪建国,叶菊娣,马耀进. 纤维素科学与技术. 2011(04)
[6]溶剂对醋酸纤维素静电纺丝可纺性的影响[J]. 周伟涛,邵秋娟,何建新,崔世忠,高卫东. 纤维素科学与技术. 2010(02)
[7]秸秆醋酸纤维素的制备[J]. 张建兴,陈洪章. 化工学报. 2007(10)
本文编号：2902065
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同溶剂体系（a）DMAc/LiCl[28]；（b）NMMO[30]；（c）三氟乙酸[27]；（d）1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑/二甲基亚砜[26]静电纺丝得到的纤维素纤维形态
。Varesano 等设计了一个等间距平行线分布的 9 个针头（图 1-5（f）），在射流和收集器之间放置一个不导电的聚丙烯非织造布，以研究射流间的排斥力。Waclaw 等[180]还研究了串联、椭圆和同心排列的针头纺丝状态（图 1-5（g）），在纺丝产量和纤维质量方面，同心排列的针头优于其它两种类型。此外，多孔聚丙烯圆柱形针头也用于提高纺丝产量（图 1-5（h）），孔的大小为 10-20 m，据称其产量较之传统的单针头提高了 22到 250倍[186]。 在工业制造业中，扩大针头阵列可以轻易地提高纺丝产量。Yamashita 等[187]研究了工业化扩大多针头阵列的可行性（图 1-6（a）-（c））。当喷嘴间距减小时，液滴趋向于结合在一起，只有当针头之间的距离大于 3 mm 以上才能避免这个问题。一种自下而上的多针头阵列针头数量可以多达 6000 个，或者共轭排列的针头可达 38880 个[188，189]（图 1-6
东华大学博士学位论文第一章绪论221.5空气过滤机理分析静电纺微纳米纤维产品在过滤材料中的应用占有很大一部分，尤其是空气过滤，微纳米纤维较大的比表面积和较小的直径赋予滤芯材料高滤效的同时也降低了压降[194]，其中滤效是指未穿透膜的微粒数量占总测试微粒数量的比值，而压降是指流体通过膜前后能量损失所引起的压力降低。空气过滤是分析过滤材料对颗粒物的拦截作用机制，主要的过滤机理有拦截效应、惯性沉积和布朗扩散效应。1.5.1空气过滤机理过滤材料对颗粒物的拦截机理由Davies[243]在1952年在研究了前人所有的过滤理论后总结提出。在1969年时，Stechina[244]提出了颗粒物在纤维表面的滑移效应，当过滤材料中的纤维直径尺寸与气体中的分子平均自由程（=65.3nm）接近时，气体在纤维表面的运动速度不为零，而是呈现滑移状态，结合纤维直径尺度，气体在纤维表面的运动方式主要分为四种：自由分子流、过渡流、滑移流和连续流（见图1-12），这主要由材料的克努森数Kn决定（为纤维直径）。Kn=2（1-2）=√2（1-3）其中k=1.3810-23为玻尔兹曼常数，在20C（T=293K）时，P为1.01105Pa，空气分子间的距离约为3.710-10m，代入公式1-3中验证得到空气分子的平均自由程约为65.3nm。颗粒物过滤机理及不同过滤机理对总过滤效果的影响见图1-13，拦截效应一般用于解释直径为0.1-1m的颗粒捕获机理，在与纤维之间的范德华力作用下，被纤维拦截下来[245]；惯性沉积效应一般用于解释直径为0.3-1m的颗粒捕获机理，且较大质量或较大速度的颗粒具有较大的动量，在通过纤维过滤材料中的多尺寸分布连通孔隙时，与纤维撞击图1-12克努森数Kn与流体类型及纤维当量直径的关系Fig.1-12TherelationshipofKnudsennumberfiberdiameter
【参考文献】：
期刊论文
[1]液晶显示用三醋酸纤维素的现状[J]. 俞文骥,杨齐,邹耀邦,王燕. 塑料工业. 2017(04)
[2]静电纺丝非织造技术及其产业化现状[J]. 刘万军,靳向煜. 产业用纺织品. 2014(01)
[3]入侵植物加拿大一枝黄花制备二醋酸纤维素研究[J]. 徐莲莲,杨再福,朱丹丹. 应用化工. 2013(07)
[4]纤维素均相酰化反应后离子液体溶剂的回收及循环利用(英文)[J]. 黄科林,吴睿,曹妍,李会泉,王金淑. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(05)
[5]大麻秆浆制备醋酸纤维素的研究[J]. 李小保,吴晶晶,洪建国,叶菊娣,马耀进. 纤维素科学与技术. 2011(04)
[6]溶剂对醋酸纤维素静电纺丝可纺性的影响[J]. 周伟涛,邵秋娟,何建新,崔世忠,高卫东. 纤维素科学与技术. 2010(02)
[7]秸秆醋酸纤维素的制备[J]. 张建兴,陈洪章. 化工学报. 2007(10)
本文编号：2902065
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