基于α-PVA/s-PVA/NaCl共混体系的材料制备与性能研究

摘要

本文把立构规整度较低的无规聚乙烯醇(α-PVA)与立构规整度较高的间规聚乙烯醇(s-PVA)共混，并在其中加入氯化钠(NaCl)。一方面，由于共混物总体立构规整度的提高，侧基排列有序，有利于形成结晶，改善了所制备材料的性能：另一方面，游离在溶液中的盐离子会干扰PVA分子间和分子内的氢键，从而影响大分子间的交联结构，提高PVA材料的热力学性能。本文基于α-PVA/s-PVA/NaCl共混体系，制备了α-PVA/s-PVA/NaCl共混薄膜、共混电纺纤维以及共混凝胶，主要做了以下三个方面的工作： 第一，通过把不同比例的α-PVA、s-PVA及NaCl共混，以去离子水为溶剂，加热溶解后获得溶液。通过溶液流延的方法获得α-PVA/s-PVA/NaCl共混薄膜，然后对水洗干燥后的薄膜进行测试。测试发现，在相同盐含量的溶液所制备的共混膜中，随着s-PVA含量的增加，分子的对称性提高，偶极矩较小，共混膜的红外吸收光谱峰形呈现减弱的现象；共混膜的熔点随着s-PVA含量的提高而上升，s-PVA的含量每增加10％，共混膜的熔融温度约增加2℃，热稳定性也随之提高；共混膜的拉伸强度和弹性模量也随着s-PVA含量的提高而显著提高。和未添加s-PVA的薄膜相比，s-PVA的含量为40％的薄膜拉伸强度和弹性模量分别提高了约三倍和四倍。当薄膜中s-PVA含量相同时，NaCl的含量为3wt％时，共混膜的熔融温度最高，热稳定性最好，薄膜的拉伸强度和弹性模量也在此时最高。 第二，在α-PVA的水溶液中添加少量的s-PVA和NaCl，然后把溶液低温处理后再进行静电纺丝，比较了溶液冷冻前后所得的电纺纤维性能以及s-PVA对电纺纤维性能的影响。实验中发现，NaCl的加入显著地提高了溶液的电导率，但由于实验所用溶液的浓度较低，加入NaCl后溶液电纺纤维的平均直径增大。少量s-PVA的加入影响了溶液的流变性能，而且随着s-PVA含量的逐渐提升，所得电纺纤维的平均直径减小，电纺纤维毡的熔融温度升高，电纺纤维毡的拉伸性能也有小幅度的上升。溶液经过冷冻后，由于分子链间的进一步缠结以及交联的加深，电纺获得的纤维平均直径是降低的，从扫描电镜中发现纤维间的珠结增多。溶液冷冻前后，电纺纤维毡的力学性能受影响最显著，冷冻后与冷冻前溶液电纺纤维相比，拉伸强度增加了7～8倍。 第三，在α-PVA的水溶液中加入一定量的s-PVA和NaCl，通过低温冷冻的方法制备了α-PVA/s-PVA/NaCl共混水凝胶，测试了共混溶液的成胶时间、成胶温度、凝胶的熔融温度以及干凝胶的热力学性能与内部形貌。实验发现，影响凝胶成胶的因素除了浓度、冷冻次数外，s-PVA与NaCl对凝胶成胶均有不同程度的影响。随着s-PVA的含量提高，溶液凝胶时间缩短、速度加快，并且降低了凝胶所需要的温度，同时，含s-PVA比例较大的水凝胶和干凝胶的熔融温度都增加，水凝胶的弹性模量也增大。NaCl的添加能够缩短凝胶的时间，提高水凝胶和干凝胶的玻璃化温度，过量的NaCl在凝胶中起到增塑剂的作用而因此使凝胶的内部形貌变的松散多孔。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1聚乙烯醇的性能简介

1.2 PVA共混改性薄膜

1.3 PVA共混改性电纺纤维

1.4 PVA的共混改性凝胶

1.5本实验的研究背景

1.5.1影响PVA材料性能的内在因素

1.5.2盐类对PVA分子键合的影响

1.5.3本实验的研究内容

参考文献

第二章α-PVA/s-PVA/NaCl共混溶液性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验仪器

2.2.3溶液制备

2.3测试与表征

2.3.1α-PVA与s-PVA的热性能测定

2.3.2α-PVA/s-PVA/NaCl共混溶液的电导率测定

2.3.3α-PVA/s-PVA/NaCl共混溶液的流变性测定

2.4结果与讨论

2.4.1α-PVA与s-PVA热性能分析

2.4.2 NaCl含量对溶液电导率及流变性能的影响

2.4.3聚合物浓度对溶液流变性能的影响

2.4.4 s-PVA对电纺溶液流变性能的影响

2.5结论

参考文献

第三章基于α-PVA/s-PVA/NaCl共混体系薄膜研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器

3.2.3共混膜的制备

3.3测试与表征

3.3.1共混膜的红外光谱测试

3.3.2共混膜的热性能测试

3.3.3共混膜的力学性能测试

3.4结果与讨论

3.4.1共混膜水洗前后宏观形态比较

3.4.2共混膜的红外光谱分析

3.4.3共混膜的DSC分析

3.4.4共混膜的TG分析

3.4.5共混膜的力学性能分析

3.5结论

参考文献

第四章基于α-PVA/s-PVA/NaCl共混体系电纺研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2实验仪器

4.2.3纳米纤维毡的制备

4.3电纺溶液与纤维毡的表征

4.3.1共混纤维毡的形貌与强度测试

4.3.2共混纤维的红外及热性能测试

4.4结果与讨论

4.4.1 NaCl对纤维毡形貌影响

4.4.2 s-PVA对电纺纤维形貌的影响

4.4.3溶液冷冻处理对纳米纤维毡形貌影响

4.4.4溶液冷冻处理对纳米纤维毡拉伸强度的影响

4.4.5溶液冷冻处理对纳米纤维毡熔点及红外吸收的影响

4.4.6 s-PVA对纳米纤维毡熔融温度的影响

4.5结论

参考文献

第五章基于α-PVA/s-PVA/NaCl共混体系凝胶研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验原料

5.2.2实验仪器

5.2.3溶液制备

5.3测试与表征

5.3.1凝胶时间的测定

5.3.2凝胶熔融温度的测定

5.3.3凝胶成胶温度的测定

5.3.4凝胶力学性能的测定

5.3.5干凝胶热性能的测定

5.3.6凝胶微观形貌的测定

5.4结果与讨论

5.4.1冷冻次数对凝胶熔融温度的影响

5.4.2 s-PVA对凝胶成胶温度及成胶时间的影响

5.4.3 s-PVA对凝胶熔融温度的影响

5.4.4 NaCl含量对凝胶熔融温度的影响

5.4.5含水凝胶的拉伸性能分析

5.4.6干凝胶的热稳定性分析

5.4.7凝胶的扫描电镜照片分析

5.5结论

参考文献

在读期间发表论文目录

致谢