聚电解质接枝改性电纺聚苯乙烯纤维膜的研究

摘要

静电纺丝技术从发明以来一直都是制备超细纤维的重要方法。本文首先利用电纺技术制备了聚苯乙烯超细纤维，接着对纤维作了初步的热增强处理，最后用引发剂引发自由基共聚的方法，分别将两种单体（丙烯酸、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵）接枝在超细纤维表面，制备了聚苯乙烯-g-聚丙烯酸（PS-g-PAA）和聚苯乙烯-g-聚甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵（PS-g-PMAPTAC）离子交换纤维膜。具体研究内容包括：纺丝环境（温、湿度）对电纺纤维形态的影响和对电纺纤维内“预埋”引发剂迁移性与接枝改性关系的影响；引发剂用量、丙烯酸浓度和及其中和程度对PS-g-PAA接枝共聚的影响；混合溶剂比例、交联剂用量、引发剂类型、接枝共聚方式对PS-g-PMAPTAC接枝共聚的影响。采用扫描电镜观察纤维接枝前后外观形貌，X射线光电子能谱分析仪分析引发剂迁移情况，电子单纤维强力仪和尘埃粒子计数器测试纤维热定型处理后的各项物理力学性能，红外光谱分析仪、纤维膜的吸水率、水接触角分析两种单体接枝效果。
　　得出以下主要结论：
　　（1）甲苯溶剂乳液浸渍和热处理能明显提高电纺纤维膜的力学性能。
　　（2）纺丝环境湿度对聚苯乙烯丁酮纺丝液的静电纺影响明显。当纺丝湿度低于60RH％时，纤维呈带状，且表面光滑；当纺丝相对湿度大于60RH%时，纤维呈椭圆，表面粗糙，带有微孔和沟槽。这种微孔与沟槽结构可使引发剂迁移到纤维表面，从而保证了后续接枝共聚的实施。
　　（3）在丙烯酸接枝聚合改性时，较少的引发剂（过氧化苯甲酰）用量、氢氧化钠中和处理和单体浓度在30v/v%左右均对接枝共聚有利。
　　（4）采用引发剂引发自由基聚合的方法成功地将MAPTAC接枝到超细纤维表面。在水中适当加入甲醇能提高接枝共聚作用，但由于溶胀与收缩作用导致纯甲醇溶剂不利于接枝共聚。加入0.1w/v%的交联剂有助于接枝，过量交联剂会造成自聚而降低了共聚接枝效果。
　　本论文的特色与创新之处在于：
　　（1）用引发剂引发自由基共聚的方法，成功地将阴离子单体（AA）和阳离子单体（MAPTAC）分别接枝到电纺聚苯乙烯纤维表面。
　　（2）率先采用溶剂乳液增强改性电纺聚苯乙烯纤维膜。
　　（3）率先将引发剂加入纺丝液，通过调整纺丝环境湿度，在电纺过程中促成引发剂迁移到纤维表面，进而实现电纺纤维接枝改性。这就避免采用等离子体、紫外照射等破坏性手段的接枝改性。

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第一章 绪 论

1.1 聚苯乙烯静电纺丝技术

1.2 静电纺纤维改性技术

1.3 静电纺织物的补强处理

1.4 电纺纤维的应用

1.5 课题研究的内容与创新

参考文献

第二章 增强处理电纺纤维膜及控制迁移引发剂

2.1 引 言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 丙烯酸接枝改性PS电纺纤维膜

3.1 前 言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 阳离子单体接枝改性电纺纤维膜

4.1 前 言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 结束语

攻读硕士期间公开发表的论文

致谢