电纺PET纳米纤维膜的亲水改性及应用研究

摘要

电纺聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米纤维膜具有力学性能好、热稳定性和化学稳定性高等优点，广泛地应用于纳米催化、组织支架、表面包装和过滤等领域。然而，这种具有高孔隙率、大表面积和互通三维网状结构的PET纳米纤维膜材料亲水性差，限制了其在生物医学以及水处理等方面的应用。因此，开展电纺PET纳米纤维膜的亲水改性及其在油水过滤领域的应用研究，具有重要的学术意义和工程应用价值。
　　本文首先采用了等离子接枝改性（气相和液相）和混纺复合改性两种方法，希望能在PET纳米纤维膜中引入亲水基团(-OH)或亲水性物质(PVA)，从而达到提高PET纳米纤维膜的亲水性，进而提高电纺PET纤维膜表面润湿性的目的。其次，应用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、扫描电镜(SEM)、光学接触角测量仪、拉伸试验机等测试手段，对PET纳米纤维膜改性前后的化学组成、接枝、微观形貌和应力-应变等进行了表征。最后，通过自制设备对PET纳米纤维膜的水通量和油水分离效率进行了评价。主要工作如下:
　　1、从纺丝电压、纺丝溶液浓度以及纺丝距离等几个方面明确了PET电纺溶液的可纺性，给出了优化工艺条件:纺丝液浓度15％，纺丝电压25kV，接收距离15cm。
　　2、采用液相和气相等离子均能成功地将丙烯酸接枝到电纺PET纳米纤维膜上，有效地提高PET纳米纤维膜的亲水性。当丙烯酸接枝溶液的浓度为100％时，PET纳米纤维表面会出现刻蚀现象;当丙烯酸浓度降低到10％时，刻蚀现象会消失，但拉伸强度仍有降低的趋势。而经过气相低温等离子体处理后的PET纳米纤维，与改性前相比，亲水性增大，形态完整，丝条光滑，拉伸强度略有增加。
　　3、成功地制备了一系列配比的PET/PVA复合纳米纤维膜。当少量PVA(如PET/PVA=20/1)引入时，纺丝体系依然保持很好的可纺性和纤维形貌;随着PVA含量的增加，混合溶液的可纺性变差，出现支化和扁平状纤维。与纯PET纤维相比，PET/PVA复合纳米纤维(PET/PVA=20/1)具有更好的亲水性、更高的力学强度;经过进一步的交联后，具有更高的热稳定性，更有利于实际应用。
　　4、电纺PET纳米纤维膜等离子接枝丙烯酸单体后，由于纤维表面接枝了亲水基团，纳米纤维膜的水通量变大，同时油水分离效率也得到了提高。电纺PET/PVA复合纳米纤维膜在交联前后，其水通量均比电纺纯PET纳米纤维膜高。当丙烯酸溶液的浓度为10％时，液相等离子接枝电纺PET纳米纤维膜的油水过滤效率可达86.8％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 等离子体技术

1．2．1 等离子体的概念

1．2．2 等离子体分类及产生条件

1．3 纳米纤维材料与静电纺丝

1．3．1 静电纺丝及纳米纤维简介

1．3．2 静电纺丝的工作原理

1．3．3 静电纺丝的工艺影响参数

1．3．4 静电纺丝纳米纤维的应用

1．4 静电纺丝改性膜的国内外研究现状及展望

1．4．1 膜的概念及特点

1．4．2 化学共聚改善亲水性

1．4．3 共混改善亲水性

1．4．4 表面接枝改善亲水性

1．5 本论文的主要研究内容及研究意义

1．5．1 本论文的主要研究内容

1．5．2 本论文的创新之处

1．5．4 本论文的研究目的和意义

第二章 PET电纺溶液的可纺性研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及仪器

2．2．2 电纺PET纳米纤维膜

2．2．3 测试表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 纺丝浓度对PET纤维膜的影响

2．3．2 纺丝电压对PET纤维膜的影响

2．3．3 接收距离对PET纤维膜的影响

2．4 本章结论

第三章 电纺PET纳米纤维膜丙烯酸等离子表面接枝改性

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料及仪器

3．2．2 实验步骤

3．2．3 测试方法及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 等离子体改性电纺PET纳米纤维膜的化学组成

3．3．2 影响液相低温等离子接枝处理的因素

3．3．3 影响气相低温等离子体接枝处理的因素

3．3．4 PET静电纺丝纳米纤维膜亲水性探索

3．3．5 电纺PET纳米纤维膜的力学性能

3．4 本章结论

第四章 PET／PVA超亲水复合纤维的制备

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 原材料

4．2．2 纤维膜的制备

4．2．3 测试方法与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 PET／PVA混合溶液的性质

4．3．2 PET／PVA复合纤维膜的形貌

4．3．3 PET／PVA复合纤维膜的润湿性和表面组成

4．3．5 PET／PVA复合纤维膜的力学性能

4．3．6 PET／PVA复合纤维膜的热学性能

4．4 本章结论

第五章 电纺PET纳米纤维改性膜在油水过滤中的应用

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料及仪器

5．2．2 实验步骤

5．2．3 测试及表征方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 油水过滤前后PET静电纺丝纳米纤维膜的表面形貌的变化

5．3．2 不同PET静电纺丝纳米纤维改性膜的水通量

5．3．3 油水过滤效果

5．4 本章结论

第六章 本文结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师及作者简介