高粘度溶液和导电微粒对气泡静电纺丝的影响

摘要

纳米纤维作为一种重要的纳米材料被越来越多的人关注，它的生产、开发和应用领域吸引了大批量的学者、研究人员、科学家进入这个学科并进行深入的研究。在这个过程中，静电纺丝由于其简便、廉价、易操作等特点在生产纳米纤维领域发挥着重大的作用，但是传统静电纺丝由于其喷丝头面积较小、毛细管易堵塞等缺陷，不能被应用于纳米纤维的大批量规模化生产。基于此，许多科学家花费了大量的人力、物力、财力进行纳米纤维批量化生产的研究，其中有部分人员在这个方向取得了良好的成果，何吉欢、刘雍等人提出的气泡静电纺丝方法在批量化生产纳米纤维方面也起到了良好的功效。
　　 在气泡静电纺丝的过程中，一个液泡表面可以形成许多泰勒锥，扩大液体的表面，增大气泡的数目将会极大地提高纤维的产量。刘雍、任中夫等人对气泡静电纺丝过程中常见的工艺参数、外界条件、溶液因素对纤维的形貌和产量的影响进行了分析，并提出和建立相关的理论模型，但以前的工作并没有把气泡静电纺丝和传统静电纺丝的区别作为单独的章节加以分析，对二者的区别没有做出深入的探讨，本课题针对二者的区别做出了进行了细致的分析。除此之外，本课题还以PEO(聚环氧乙烯)为纺丝原料来研究高粘度溶液对气泡静电纺丝过程及产品影响，同时以PVA(聚乙烯醇)、PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)、PET(.聚对苯二甲酸乙二醇酯)为原料研究了多种导电微粒对气泡静电纺丝的影响，进一步完善了气泡静电纺丝的原理。
　　 在此基础上，本课题首先从原理、纺丝装置、纺丝过程、和纳米纤维的形貌上阐述了传统静电纺丝和气泡静电纺丝的差别，并将这个思想贯穿于整个文章的始终，尤其是对高粘度溶液和导电微粒对两种纺丝方法的影响的差别也进行了实验和理论上的分析。气泡静电纺丝通过自下而上的气流产生气泡进而破裂或者气泡的连续拉伸产生射流，而传统静电纺丝则是通过注射器的推动力产生射流；在纺丝装置上，气泡静电纺丝突破了传统静电纺丝喷丝头的限制，将射流的喷射面积由一个点变成一个面；在纺丝过程中，气泡静电纺丝可以产生多股射流提高单位时间内纳米纤维的产量；在纤维形貌上，气泡静电纺丝的纤维在电子显微镜下很多能够呈现螺旋卷曲的状态，而传统静电纺丝多呈现直线状。针对高粘度静电纺丝，本课题对外加电压、收集距离、溶剂中不同的酒精和水比例、有无加入无机盐粒对气泡静电纺丝所得纤维的形貌及产量的影响进行了研究。由高粘度气泡静电纺丝过程中加入NaCl后的不能产生纳米纤维的特殊现象，文章的第四章分别研究了无机盐、表面活性剂、纳米石墨三种导电微粒对气泡静电过程及产品的影响。由于本课题采用PEO、PVA、PVP、PET等多种高聚物溶液进行气泡静电纺丝，进一步的验证了气泡静电纺丝的可行性和有效性。