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1、第25卷第4期吉林化工学院学报Vo.l25No.42008年8月JOURNALOFJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYAug.2008文章编号:10072853(2008)04001904静电纺丝法制备醋酸纤维素纳米纤维李增富(三明学院化学与生物工程系,福建三明365004)摘要:静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺,是一项制备纳米级纤维材料简单有效的技术.本文以六氟异丙醇和甲酸为溶剂,对静电纺丝制备醋酸纤维素纳米纤维的影响因素进行探讨,研究溶剂、电压、浓度及接收距离对纳米纤维形貌和直
2、径的影响.研究结果表明:以六氟异丙醇(HFIP)为溶剂,当纺丝液浓度为8%、电压为15~20kV、接收版距离为16cm时,可以静电纺丝制得直径300nm的明胶纳米纤维.在本实验设定的静电纺丝基本参量范围内,醋酸纤维素溶液的浓度越大,纤维直径越大;接收距离越大,纤维直径也越大,而且容易产生纺锤状纤维;电压越大,纤维直径越小.关键词:醋酸纤维素;静电纺丝;纳米纤维中图分类号:TQ341.9文献标识码:A电纺丝(Electrospinning)是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场中的喷射作用进行纺丝加工1静电纺丝简介的工艺.近年来,电纺丝作为一种可制备超细纤维静电纺丝是获得纳米纤
3、维的一项简便技术.的新型加工方法,引起了广泛的关注.由于静电纺如图1所示,它利用电场作用,迫使聚合物溶液通丝所得到的纤维比常规方法得到的纤维细度小,过一个小孔挤出,在电场力作用下,处于纺丝喷头所以其非织造膜具有超高的特异性比表面积和孔的聚合物溶液或熔体液滴,克服自身的表面张力隙率,可用于增强聚合物纳米复合材料、过滤膜而形成带电细流,在喷射过程中细流分裂多次,经材、功能性织物保护涂层、传感器、纳米模板和生溶剂挥发或固化后而形成超细纤维,最终被收集[1,2]物医用材料等.目前国外对电纺丝的研究发在接收屏上,形成非织造超细纤维膜.展迅速,成果也非常多.而国内的相关研究正处于起步阶段.纤维素是地
4、球上最丰富的多糖化合物,广泛存在于自然界.纤维素不溶于水,但溶于浓盐酸和浓硫酸.纤维素酯是天然聚合物的衍生物,其溶液或熔体易被加工成膜和纤维,关于纤维素电子纺[3]丝的报道较少.图1静电纺丝装备示意图本文以醋酸纤维素为原料,以六氟异丙醇和[4]甲酸为溶剂,对纳米纤维的静电纺丝形成过程和已有研究表明,电纺聚合物纤维的直径和影响因素进行探讨,研究不同溶剂、施加的电压、均一性依赖于许多电纺过程参数.静电纺丝的基浓度及喷丝头与收集板之间的距离对纳米纤维形本参量主要包括:施加的电场强度(kV/cm),貌和直径的影响.当纺丝机构型固定时,它与施加的静电电压(V)成正比.电纺流体的流动速率,当喷丝
5、头孔径收稿日期:2008-06-23作者简介:李增富(1970-),男,福建清流人,三明学院讲师,主要从事纳米纤维和生物能源方面的研究.20吉林化工学院学报2008年固定时,射流平均速度显然与此成正比;!喷丝头与收集板之间的距离,距离增大,直径变小.另外,静电射流的流体的粘度或粘弹性、表面张力、电导率、比热、热导率及相变热(例如熔剂的蒸发热或熔体的结晶热)对静电纺丝过程有一定影响.同时,射流周围的环境对过程也有一定的影响,如真空、空气或其他气氛,温度、湿度、气体流通速率等.在电纺中,电纺液通常是高分子溶液(偶尔为熔体),因此高分子和溶剂的种类十分重bHFIP溶剂
6、(1000倍)要,同时必须考虑其平均相对分子质量,相对分子图2不同溶剂的电镜扫描图质量分布及链结构的细节.由图2可见:以FA为溶剂进行电纺是不能制2实验部分备纳米纤维的,而以HFIP为溶剂则可以得纳米尺寸为500nm左右的纤维单丝,且纤维的数量较多.3.2电压的影响2.1原料和实验装置以HFIP为溶剂,在纺丝液浓度为8%、接收醋酸纤维素、六氟异丙醇(HFIP)和甲酸距离为16cm条件下,不同电压下的醋酸纤维素(FA)等均为化学纯.纤维形态电镜扫描图如图3所示.静电纺丝装置,自组装.实验发现:开始施加电压时,喷丝头顶部的微2.2实验方法滴形状逐渐变长,达到一个临界电压值时形成纤2
7、.2.1纺丝溶液的制备维喷出.如图3所示:当电压为20kV和15kV称取一定量的醋酸纤维素于六氟异丙醇或甲时,纤维直径为300nm;当电压为10kV时,纤维酸溶剂中,磁力搅拌12h,配制纺丝溶液.直径为500nm.可见,电压越大,所得纤维的直径2.2.2静电纺丝越小,这是因为电压越大,液滴所受的电场力越将纺丝溶液注入注射器中,调节静电纺丝的大,越容易克服液滴的表面张力,使液滴的分裂能基本参量,对纺丝溶液进行电纺.力越强,故所得纤
