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PVP静电纺的机理研究

作　者: 王书强
导　师: 何吉欢
学　校: 东华大学
专　业: 固体力学
关键词: 静电纺纳米纤维 PVP溶液表面张力电导率
分类号: TQ340.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

静电纺技术是制备纳米纤维最重要也是最基本的方法之一。由于静电纺纳米纤维具有很高的比表面积、独特的网状结构和高孔隙等特性及巨大的潜在应用价值,已引起学术界和工业界的广泛重视。静电纺过程是一个较为复杂的物理过程,影响静电纺过程的因素是多方面的。研究纺丝过程中各参数对纤维形态、性能的影响对静电纺技术的发展和应用具有非常重要的意义。本文首先分析了溶液体系对静电纺过程及纳米纤维形态、直径的影响。溶剂成分是影响纤维形态的重要因素。实验发现,以无水乙醇和去离子水共同作为溶剂进行纺丝时,随着无水乙醇比重的升高,聚合物溶液的可纺性及纤维形态得到改善。聚合物溶液的表面张力也是影响静电纺的重要因素,本课题采用在聚合物溶液中添加表面活性剂,改变溶液表面张力的实验方法,研究了表面张力在静电纺过程中的作用。实验结果表明表面活性剂的加入降低了聚合物溶液的表面张力,并使得纤维的平均直径减小,同时表面活性剂的加入改善了高浓度聚合物溶液的可纺性。本文分析了表面张力和纤维直径之间的关系,并建立了其数学模型。为了研究聚合物溶液电导率在静电纺过程中的作用,本课题采用了在聚合物溶液中加入无机盐来改变溶液电导率的实验方法,分析了电导率变化对纤维直径、形态的影响。实验结果表明,当无机盐浓度小于某一临界值时,无机盐的加入可使得纤维平均直径减小。本课题对聚合物溶液的电导率和纤维平均直径之间的关系进行了定性分析。此外,本课题以实验为基础,研究了静电纺过程中外加电压和纺丝电流之间的关系,并讨论了纺丝电压升高时,纤维平均直径的变化。羧甲基壳聚糖在医药、化工、环保等领域有着广泛的用途,其纳米纤维有着非常广阔的应用前景,但羧甲基壳聚糖溶液的可纺性较差。本课题采用PVP和羧甲基壳聚糖混合纺的实验方法,得到了PVP和羧甲基壳聚糖的纳米纤维,且所用溶剂安全无毒,有利于羧甲基壳聚糖在医疗上的应用。为了分析各实验参数在混合纺中的作用,本课题采用正交实验设计方法进行混合纺丝实验,实验数据分析结果表明,纺丝电压是影响纤维直径的显著性因素。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11-13
    1.1.1 纳米材料  11-12
    1.1.2 纳米纤维及其应用  12-13
  1.2 静电纺法制备纳米纤维  13-18
    1.2.1 静电纺技术及发展历程  13-15
    1.2.2 静电纺研究现状及相关研究  15-17
    1.2.3 静电纺发展中存在的问题  17-18
  1.3 本课题的研究内容及意义  18-20
    1.3.1 本课题的研究内容  18
    1.3.2 本课题的研究难点及意义  18-20
第二章静电纺PVP纳米纤维溶液体系及纤维形态研究  20-29
  2.1 引言  20-21
  2.2 纺丝实验准备  21-22
    2.2.1 实验原料  21
    2.2.2 实验设备  21-22
    2.2.3 溶液的配置  22
  2.3 溶剂体系实验研究  22-28
    2.3.1 纯无水乙醇溶剂体系纺丝研究  22-24
    2.3.2 纯去离子水溶剂体系纺丝研究  24-26
    2.3.3 无水乙醇和去离子水混合溶剂体系纺丝研究  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章电导率及电压电流参数对静电纺的影响  29-41
  3.1 引言  29-30
  3.2 纺丝实验准备  30-31
    3.2.1 实验原料  30
    3.2.2 实验设备  30
    3.2.3 溶液的配制  30
    3.2.4 聚合物溶液电导率测试  30-31
  3.3 纺丝实验过程及纳米纤维样品观测  31-32
    3.3.1 纳米纤维的制备  31
    3.3.2 纳米纤维形态和尺寸的观测  31-32
  3.4 实验结果及分析  32-34
  3.5 溶液电导率与纺丝纤维直径关系分析  34-36
  3.6 电压电流参数在纺丝过程中的作用  36-40
    3.6.1 纺丝实验准备及各实验参数  36
    3.6.2 纳米纤维的制备及纺丝电流的测定  36-37
    3.6.3 实验结果及分析  37-40
  3.7 本章小结  40-41
第四章聚合物溶液的表面张力对静电纺的影响  41-49
  4.1 引言  41
  4.2 纺丝实验准备  41-42
    4.2.1 实验原料  41
    4.2.2 实验设备  41
    4.2.3 溶液的配制  41-42
    4.2.4 溶液表面张力的测试  42
  4.3 纺丝实验过程及纳米纤维样品观测  42-44
    4.3.1 纳米纤维的制备  42-43
    4.3.2 纳米纤维形态和尺寸的观测  43-44
  4.4 实验结果及分析  44-45
  4.5 溶液表面张力和纤维直径关系分析  45-47
  4.6 表面活性剂对可纺性的影响  47-48
  4.7 本章小结  48-49
第五章 PVP与羧甲基壳聚糖混合纺的研究  49-61
  5.1 引言  49-50
  5.2 纺丝实验准备  50
    5.2.1 实验原料  50
    5.2.2 实验设备  50
    5.2.3 溶液的配置  50
  5.3 混合纺溶质体系研究  50-51
  5.4 混合纺溶剂体系研究  51-54
    5.4.1 去离子水溶剂体系纺丝研究  51-52
    5.4.2 无水乙醇和去离子水混合溶剂体系的纺丝研究  52-54
  5.5 混合纺工艺参数的优化设计  54-59
    5.5.1 实验设计  54-55
    5.5.2 纺丝实验  55-58
    5.5.3 实验数据的正交分析  58-59
  5.6 本章小结  59-61
第六章总结和展望  61-63
  6.1 结论  61-62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-67
攻读硕士期间发表的文章  67-68
致谢  68

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