聚合物電紡纖維膜的增強(qiáng)與功能化改性.pdf

1、利用靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜具有許多獨(dú)特的性質(zhì),比如纖維長徑比高、比表面積大、表面形貌良好等特點(diǎn),被廣泛用于過濾材料、組織工程支架、催化劑、傳感器和防護(hù)服等領(lǐng)域。但是,聚合物電紡膜強(qiáng)度大多都相對于本體澆注膜強(qiáng)度低很多,這限制和制約了電紡膜的應(yīng)用范圍。
　　目前,聚合物電紡膜的增強(qiáng)有很多方法,比較有效的手段包括:提高電紡纖維的取向度、通過溶劑蒸氣處理提高纖維間作用力和采用碳納米管、晶須、無機(jī)納米粒子提高纖維強(qiáng)度等方式。在本論文中

2、,我們采用了一些新的材料和新的方法,實(shí)現(xiàn)了對電紡纖維膜的增強(qiáng),并發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象。
　　前人研究結(jié)果表明,PA6單根纖維的強(qiáng)度可以達(dá)到60-400MPa。但是,PA6電紡膜強(qiáng)度只有不到8MPa。由此,可以推論,PA6電紡膜中纖維之間的滑動可能是造成電紡膜強(qiáng)度較低的原因。為了驗(yàn)證這一假設(shè),我們采用了聚氨酯(PU)對PA6電紡膜進(jìn)行纖維表面修飾。結(jié)果表明,PU不僅通過自身的粘性增強(qiáng)了PA6纖維絲間的相互作用和力學(xué)強(qiáng)度,而且還有效地提

3、高了PA6電紡膜的疏水性能。與此同時,電紡膜還具有很好的透濕性能。因而,這是一種很好的制備高強(qiáng)度防水透濕膜材料的方法。
　　多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)具有由Si-O-Si鍵首尾連接形成的籠型結(jié)構(gòu)內(nèi)核和有機(jī)取代基構(gòu)成的外圍結(jié)構(gòu),在增強(qiáng)聚合物方面具有很大的潛力和優(yōu)勢。在本工作中,我們將POSS作為一種新型的納米填料,以物理共混的方式制備了POSS改性的PU電紡膜。由于POSS分子和PU分子鏈間形成了聚合物-粒子網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu),增強(qiáng)

4、了PU分子鏈間的纏結(jié),使PU分子鏈在受力時能夠被最大限度地拉長,從而不僅提高了PU電紡膜的拉伸強(qiáng)度,而且還顯著地提高了其斷裂伸長率。這一獨(dú)特的增強(qiáng)與增韌效果在電紡膜增強(qiáng)領(lǐng)域很少有報(bào)道。
　　層狀雙金屬氫氧化物(LDH)是一類片層增強(qiáng)材料,具有較大的徑厚比、大比表面積和高模量。但是,有關(guān)LDH增強(qiáng)電紡纖維膜的研究的文獻(xiàn)還很少見。在本論文中,我們通過物理共混制備了PU/LDH復(fù)合電紡膜,研究了LDH含量對電紡膜力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明

5、,LDH的引入并不降低PU的可紡性,反而有利于電紡的進(jìn)行。少量的LDH對PU電紡膜就具有很好的增強(qiáng)效果:當(dāng)LDH含量僅為1wt％時,電紡膜的強(qiáng)度就提高到了16.2MPa,提高幅度約為217%。此外,復(fù)合電紡膜的斷裂伸長率仍保持較高的水平,約165%。
　　本論文中,我們通過采用表面修飾方法、物理共混POSS方法以及LDH增強(qiáng)方法獲得了強(qiáng)度、韌性與功能性得到提高的電紡纖維膜,并深入分析了材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。這些改性方法不僅可以被用