熔体微分电纺聚乳酸及聚丙烯专用料的开发及其纳米纤维的制备

摘要

纳米纤维，现已广泛应用于生物医药、高效滤材、纳米元器件等领域，近年来由于纳米纤维的大量需求;静电纺丝，作为一种简单有效生产纳米纤维的工艺，被国内外广泛关注。其中，熔体静电纺丝技术因不使用溶剂、绿色环保、生产效率高、纤维形貌好等优点而成为研究重点。目前，熔体静电纺丝存在可纺材料受限，纤维直径难以达到纳米级别且直径不均匀等问题。为此，本文通过改变聚乳酸(PLA)和聚丙烯(PP)两种材料的流动性能，研究流动性能对纤维直径及均匀性的影响来开发熔体静电纺丝专用料;同时，通过改进现有熔体静电纺丝装置来实现纳米纤维的批量化制备。
　　首先，根据熔体微分静电纺丝对物料流动性的要求，对PLA和PP进行降粘处理，发现乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)对PLA和PP的降粘效果最好;利用分子模拟研究了ATBC对PLA的降粘机理，结果说明了在PLA中加入ATBC后，导致PLA分子链的扩展和迁移，说明了ATBC对PLA分子链起到了润滑的作用。同时，检测了添加ATBC降粘后的PLA和PP的结晶度以及热失重，为后续制定加工工艺提供了依据。在此基础上，使用自制的熔体微分静电纺丝装置，通过实验探究了ATBC含量及气流辅助对PLA和PP纤维直径的影响。结果表明，在提高流动性并合理配置气流速度，利用熔体微分静电纺丝方法可以成功制备出PLA和PP纳米纤维。最后为了提高纤维直径的均匀性，设计了锯齿引导型熔体微分静电纺丝装置，通过正交实验以及工艺条件细化实验，得到该装置制备PP纤维的最佳纺丝工艺参数;利用此装置，结合物料改性，可以得到纳米级PP纤维。这一研究结果为工业化生产提供了一定的参考价值。
　　通过自制的熔体微分静电纺丝装置实现了PLA纳米纤维的小批量化生产，在熔体静电纺丝制备PLA纤维的领域内属于领先技术。由于PLA是生物环保型材料，通过无污染的熔体静电纺丝方法制备的纳米纤维在更多领域尤其是生物医药领域更广泛的使用。论文的研究结果对当今绿色、低碳、环保生活的发展具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 静电纺丝技术简介

1．1．1 静电纺丝原理

1．1．2 溶液静电纺丝技术及装置发展

1．1．3 熔体静电纺丝技术及装置发展

1．1．4 熔体微分静电纺丝技术

1．2 熔体静电纺丝的材料及纤维制备现状

1．2．1 聚丙烯(PP)材料

1．2．2 聚乳酸(PLA)材料

1．3 静电纺丝纤维的应用

1．4 研究目标及研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

第二章 熔体微分静电纺丝聚乳酸及聚丙烯专用料的研发

2．1 实验

2．1．1 材料

2．1．2 仪器

2．1．3 试样制备

2．1．4 性能测试

2．2 降粘剂对PLA性能的影响

2．2．1 降粘剂对PLA粘度的影响

2．2．2 分子模拟ATBC对PLA的影响

2．2．3 ATBC对PLA结晶性能的影响

2．2．4 ATBC对PLA热失重性能的影响

2．3 降粘剂对PP粘度的影响

2．3．1 降粘剂对PP粘度的影响

2．3．2 ATBC对PP结晶性能的影响

2．3．3 ATBC对PP热失重性能的影响

第三章 PLA及PP纳米纤维的制备

3．1 实验装置及纳米纤维的制备

3．1．1 实验装置

3．1．2 PLA纳米纤维的制备

3．2 ATBC含量及辅助气流对PLA纤维直径的影响

3．2．1 ATBC含量对PLA纤维直径的影响

3．2．2 气流速度对PLA纺丝的影响

3．4 本章小结

第四章 锯齿引导型熔体微分电纺的研究

4．1 锯齿引导型喷头的设计

4．1．1 实验装置研制

4．1．2 电场模拟

4．1．3 锯齿引导对纤维直径及均匀性的影响

4．2 锯齿引导时工艺的正交实验研究

4．2．1 正交实验设计

4．2．2 正交实验结果及分析

4．2．3 电压和距离对纤维直径的影响

4．2．4 温度对纤维平均直径的影响

4．3 降粘后的PP专用料对纤维直径的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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