旋转式线性无针电纺制备PVA/CS/Gr纳米纤维膜及其表征

摘要

为了解决传统针式静电纺针头易堵塞不易产业化的问题，采用自主设计的旋转式线性电极无针静电纺丝装置，实现PVA、PVA/Gr和PVA/CS/Gr纳米纤维膜的规模化制备。并建立了纺丝工艺参数与PVA纳米纤维膜直径的关系模型，实现PVA纳米纤维膜的结构调控。进一步研究了Gr、CS含量分别对PVA/Gr、PVA/CS/Gr纳米纤维膜的微结构、热稳定性、导电和亲水性的影响，为未来在神经组织工程支架应用的可行性提供参考。 首先，研究了PVA纳米纤维的可纺性。探究PVA溶液浓度、电压和纺丝距离对PVA纤维形貌及直径分布的影响，并建立了与直径的关系模型。结果表明:随PVA溶液浓度降低，溶液粘度和电导率减小，纤维直径及其分布变小。且随纺丝距离增加，纤维直径变细，纤维形貌变好。当PVA浓度为10 wt％，电压80 kV，距离30 cm时，其产量高达6.8 g/h;当PVA浓度为5 wt％，电压80 kv，距离30 cm，可纺最细纤维直径为96 nm。纤维直径d与浓度C成幂指数函数关系，常数γ为2.06。纺丝电压与直径呈正相关关系，其线性关系式为y=48.3+3.1*x。 其次，PVA/Gr纳米纤维膜的制备及性能研究。探究Gr含量对纳米纤维膜亲水、导电及热稳定性的影响。结果表明，添加Gr后的PVA溶液，粘度和电导率增加，且纺制出的PVA/Gr表面形貌良好直径分布均匀，其纤维直径可为100 nm，产量为2.24 g/h，可用于纳米纤维膜的规模化制备。此外，随着Gr含量增加，纤维直径变细，水接触角变小，亲水性能增加。石墨烯提高了PVA纳米纤维膜的热稳定性。 最后，PVA/CS/Gr纳米纤维膜的制备和性能研究。CS含量对PVA/CS/Gr纳米纤维膜的微结构、热稳定性、导电和亲水性的影响。结果表明:壳聚糖的加入影响了PVA/Gr纳米纤维膜的形貌，纤维成形性降低，纤维直径变化不明显;壳聚糖的加入使PVA/Gr纳米纤维膜得亲水性增加;FTIR证明了CS与PVA之间形成氢键，PVA/Gr纳米纤维膜热稳定性增强，PVA/CS/Gr(9∶1)纳米纤维膜的最大分解速率时温度为297.7℃。壳聚糖的加入使表面电阻降低导电率提高。PVA/CS/Gr纳米纤维膜的制备及性能研究为未来在神经组织工程支架应用的可行性提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1纳米纤维性质及其应用

1．2静电纺丝技术

1．2．1静电纺丝技术的发展及其现状

1．2．2静电纺的原理

1．2．3静电纺丝技术的影响因素

1．3静电纺丝技术的应用

1．4石墨烯和壳聚糖在静电纺中的应用

1．5研究的目的、内容和意义

1．5．1研究的目的

1．5．2研究的内容

1．5．3研究的意义

第二章PVA纳米纤维可纺性的研究

2．1材料和仪器

2．2旋转式线性电极静电纺丝技术

2．2．1旋转式线性电极静电纺丝的实验装置

2．2．2旋转式线性电极静电纺丝的基本原理

2．3 PVA纳米纤维膜的制备及测试

2．3．1纤维膜的制备

2．3．2实验测试

2．3结果与讨论

2．3．1电压和直径对纤维直径及形貌的影响

2．3．2浓度(或粘度)对纤维直径及形貌的影响

2．4本章小结

第三章PVA／Gr纳米纤维膜的制备及表征

3．1材料和仪器

3．2 PVA／Gr纳米纤维膜的制备及表征

3．2．1 PVA／Gr纳米纤维膜的制备

3．2．2 PVA／Gr纳米纤维膜的表征

3．3结果与讨论

3．3．1 Gr含量对溶液粘度及导电率的影响

3．3．2 Gr含量对PVA／Gr纳米纤维对纤维直径及形貌的影响

3．3．3 Gr含量对PVA／Gr纳米纤维膜的动态亲水性能的影响

3．3．4 Gr含量对PVA／Gr纳米纤维膜的热稳定性的影响

3．3．5 Gr含量对PVA／Gr纳米纤维膜的导电性的影响

3．4 本章小结

第四章PVA／CS／Gr纳米纤维膜的制备及表征

4．1实验材料和仪器

4．2 PVA／CS／Gr纳米纤维膜的制备及表征

4．2．1 PVA／SA／Gr纳米纤维膜的制备

4．2．2纳米纤维膜的表征

4．3结果与讨论

4．3．1 CS含量对PVA／CS／Gr纳米纤维直径及形貌的影响

4．3．2 CS含量对PVA／CS／Gr纳米纤维膜亲水性能的影响

4．3．3 CS含量对PVA／CS／Gr纳米纤维膜热稳定性的影响

4．3．4 CS含量对PVA／CS／Gr纳米纤维膜FTIR的影响

4．3．5 CS含量对PVA／CS／Gr纳米纤维膜XRD的影响

4．4．6 CS含量对PVA／CS／Gr纳米纤维膜导电性的影响

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢