基于溶液性質(zhì)交互作用下靜電紡纖維形態(tài)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)要求的不斷升高，納米材料得到了廣泛的應(yīng)用，從而帶動(dòng)了靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展，使其成為纖維科學(xué)的研究熱點(diǎn)。因?yàn)殪o電紡絲是能夠連續(xù)制備納米纖維最簡(jiǎn)單實(shí)用的一種方法。然而影響靜電紡納米纖維形成的因素眾多，主要包括以下3方面：溶液性質(zhì)（溶液濃度、溶液黏度、電導(dǎo)率、表面張力、聚合物相對(duì)分子質(zhì)量等）、工藝參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。其中，溶液性質(zhì)是影響靜電紡絲的主要因素。溶液性質(zhì)主要表現(xiàn)在黏度、表面張力和電導(dǎo)率3方面，且各因素間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，很難

2、分離各因素并總結(jié)某因素對(duì)靜電紡絲過程的影響。
　　在結(jié)構(gòu)上，分子鏈纏結(jié)是靜電紡形成納米纖維的主要影響因素之一。分子鏈纏結(jié)在聚合物中普遍存在，是高聚物凝聚態(tài)的重要特征。鏈纏結(jié)使分子鏈相互交疊，纏結(jié)后形成一定的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于鏈纏結(jié)的存在，單分子鏈在運(yùn)動(dòng)時(shí)，一方面受到周圍分子鏈的束縛與羈絆，即存在許多拓?fù)湎拗泣c(diǎn)，另一方面可以支配分子鏈的長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)，從而影響高聚物的性能。但多少鏈纏結(jié)分子量能夠影響纖維的形成，至今還沒有沒明確的結(jié)論。所以

3、，本文從溶液性質(zhì)及分子鏈纏結(jié)角度對(duì)靜電紡納米纖維的形態(tài)和直徑進(jìn)行了分析研究。
　　首先，采用多種聚合物溶液分別從溶液黏度、電導(dǎo)率及表面張力3方面的溶液性質(zhì)對(duì)靜電紡絲進(jìn)行分析，用掃描電子顯微（SEM）對(duì)制備出的納米纖維進(jìn)行表征，并測(cè)試各種紡絲液的溶液性能。然后，系統(tǒng)而全面地分析了溶液性質(zhì)（黏度、電導(dǎo)率、表面張力）在靜電紡絲過程中的交互作用。并得出隨著溶液黏度的增加，溶液的表面張力變化較小，對(duì)靜電紡絲成形的影響甚微，電導(dǎo)率在黏度較小時(shí)

4、，波動(dòng)范圍較大，但隨黏度的增加，電導(dǎo)率趨于平穩(wěn)，且電導(dǎo)率值較小，對(duì)纖維形貌和直徑的影響程度較小，因此溶液的黏度對(duì)靜電紡納米纖維形態(tài)的影響程度較大。
　　其次，采用SPSS軟件分析多種聚合物溶液性質(zhì)的交互作用對(duì)靜電紡納米纖維形貌及直徑的影響，并得出納米纖維直徑的預(yù)測(cè)公式。通過調(diào)整溶液性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)靜電紡纖維形貌及直徑的調(diào)控，這對(duì)于納米纖維可紡性的研究及結(jié)構(gòu)調(diào)控具有重要意義。
　　然后，利用多種聚合物溶液進(jìn)行靜電紡絲，結(jié)合理論推

5、導(dǎo)發(fā)現(xiàn)：在靜電噴霧到靜電紡絲過程中，纖維經(jīng)過珠粒、串珠和均勻纖維3種狀態(tài)，其中分子鏈纏結(jié)數(shù) ln(n e) so存在兩個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)： ln(n e) so~2， ln(n e) so~3.5。當(dāng) ln(n e) so<2時(shí)，只能形成珠粒，當(dāng)2< ln(n e) so<3.5時(shí)，形成珠粒、纖維的混合體，即串珠結(jié)構(gòu)，當(dāng) ln(n e) so>3.5時(shí)，靜電紡絲可形成均勻纖維，這與理論推導(dǎo)公式完全一致。此外，通過纏結(jié)分子量Me和重均分子量M

6、w可得出靜電紡絲時(shí)所需要的聚合物溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量較高的聚合物，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值高度吻合，但對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物而言，其溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值有一定偏差，但仍然居于一定的預(yù)測(cè)功能。所以，此公式對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量較高的聚合物的預(yù)測(cè)性能較好，對(duì)靜電紡絲的發(fā)展具有重要作用。
　　最后，對(duì)于不同的相對(duì)分子質(zhì)量的同一種聚合物，其在靜電紡絲規(guī)程中，形成珠粒、串珠、均勻纖維三種狀態(tài)的過渡區(qū)域時(shí)，溶液黏度的范