纳米纤维膜的亲水性改性.docx

静电纺丝PET纳米纤维膜亲水改性

崔宇恒杜瑶张媛媛王，酷

（高分子材料科学与工程专业材料科学与工程学院北京化工大学北京）

摘要：近年来纳米纤维膜在各领域有了越来越多的应用。本实验采用静电纺丝法制备聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米纤维膜，并对其可纺性和亲水性进行研究。静电纺丝法是通过使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中运动并发生形变，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，得到纳米纤维的方法。通过改变纺丝电压和纺丝液浓度，对PET纳米纤维膜可纺性进行研究。同时加入碳酸钙，研究其对PET电纺纤维膜亲水性的影响。

关键词：静电纺丝；亲水性；纳米纤维膜

1前言

美国国家科学基金会（NSF）将纳米纤维定义为至少有一个维度是100纳米（nm）或以下尺寸的纤维，此定义来源于纳米，科学的计量单位代表十亿分之一米，或三至四个原子宽。而非织造业内人士普遍认为，直径不到一微米的纤维即为纳米纤维。纳米纤维是一类新兴材料，在诸多高附加值领域有着应用价值如医疗，过滤，阻隔，湿巾，个人护理，复合材料，服装，绝缘材料，能量存储材料。纳米纤维的特殊性能，使他们广泛地从医学的应用范围到消费品，从工业到高科技领域如航天，电容，晶体管，药物输送系统，蓄电池隔板，传感器，能源储存，燃料电池，信息技术等［1］，有可能带来这些领域的技术革命。

静电纺丝（electrospinning）是制备纳/微米纤维的一种简便方法。静电纺丝技术制备纤维可以追溯到20世纪30年代。从1934年开始，Formalas发表了一系列关于电纺装置的装置和纤维制备工艺的专利［2-4］。在这些专利中描述了纤维的形成过程。在一个电极中装有聚合物溶液，在电场力的作用下，溶液从电极的细孔中喷射而出，伴随着溶剂挥发，纤维在另一个电极（接收装置）沉积形成，典型的静电纺丝装置见图1。

溶鞭供纶装置高压电源、蜉维膜验集装置

溶鞭供纶装置

高压电源

、蜉维膜

验集装置

图1静电纺丝装置

PET亲水性改性的方法可分为物理方法和化学方法⑸。物理方法主要有：1）亲水性物质共混纺丝或复合纺丝；2）纤维结构微孔化；3）纤维截面异形化；表面刻蚀等。化学方法主要有：1）PET大分子结构主体的亲水化改性；2）与亲水性单体接枝共聚；3）纤维表面亲水性助剂处理等。表面接枝亲水性单体在光、热或引发剂作用下引发亲水性单体与表面PET大分子发生接枝共聚，以共价键的形式将亲水性单体固定在PET分子上，从而使纤维表面永久地具有亲水性基团。亲水性整理剂处理将涤纶纤维或织物在亲水性整理剂中浸渍然后焙烘，处理后的纤维和织物具有吸湿性和吸水性。亲水性整理剂的结构一般由两部分组成：亲水性部分和固着性部分。亲水性部分往往是聚醚类化合物或离子型表面活性剂，最典型的代表是聚氧乙烯基（-ch2ch2o-）。等离子体刻蚀或紫外线照射，用等离子体轰击或用紫外线照射涤纶，可使纤维表面被刻蚀而变得粗糙，同时表面发生降解，表层大分子断裂，并产生极性基团，从而使表面具有亲水性。

本实验在前人的研究基础上，通过改变纺丝电压和纺丝液浓度，对PET纳米纤维膜可纺性进行研究，考察纺丝电压对纤维形貌的影响，最后确定较优的纺丝电压和纺丝液浓度，以制备纤维形貌较好的PET膜。首先通过和亲水性的聚合物PVA复合，改善亲水性。另外，将未干的PVA放置于含碳酸钙的气溶胶中，使纳米碳酸钙沉积吸附到纤维表面将纺好的PET膜进行处理。对两种亲水改性的电纺膜进行水接触角测试，研究PVA和碳酸钙对PET电纺纤维膜亲水性的影响。

2实验部分

2.1原料与试剂

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），辽阳石化

碳酸钙（CaCO3），教育部超重力工程研究中心

六氟异丙醇（HFIP），济南伟都化工有限公司

静电纺丝装置，北京康森特科技有限责任公司

2.2测试与表征

形貌分析

采用扫描电镜（JSM-6360SEM，Japan）对纤维进行分析。经喷金处理200s后用扫描电镜观察，采用不同的放大倍数对整体和局部都进行观测。对不同组成的复合纤维，先制成5mmx5mm的小样条，经喷金处理观测形貌。

红外光谱

采用Nicolet8700红外分析仪对纤维的化学组成分析。

亲水性分析

水接触角分析（WCA,HARKE-SPCA）样品的亲水性，将2〃的蒸馏水滴到样品表面，分析水滴与样品表面的角度。

2.3实验过程

2.3.1PET溶液可纺性

研究溶液浓度对静电纺丝膜的影响时，固定纺丝电压（如20kV），改变PET溶液浓度（依次为9%w/v、12%w/v、15%w/v、18%w/v）。将设定质量的PET溶于六氟异丙醇中，用磁力搅拌装置搅拌三小时备用。而讨论纺丝电压的影响则将纺丝浓度固定为15%w/v，依次改变电压为16kV、18kV、20