静电纺壳聚糖基纳米纤维的制备及其在水处理中应用研究进展

为提高壳聚糖的可纺性,改善壳聚糖基纳米纤维的物理形态和力学性能,对国内外利用静电纺丝技术制备壳聚糖基纳米纤维的相关研究进行了综述。介绍了壳聚糖静电纺丝液的配制要求以及不同纺丝参数对纤维形态的影响;在此基础上,详细综述了壳聚糖化学改性纳米纤维和壳聚糖共混改性纳米纤维的研究进展;最后,对应用壳聚糖基纳米纤维处理废水中重金属离子、染料和其它污染物的研究现状进行总结。研究发现:不同纺丝参数最终均是通过影响射流拉伸的难易程度来改变纤维形态,且通过化学改性和共混改性的方法不仅可提高壳聚糖的可纺性,还可增强壳聚糖基纳米纤维的耐酸性、热稳定性、抗菌性和吸附性;同时指出探寻新的溶剂、共混剂和功能材料以及与选择性分离技术结合来增强对水中污染物的吸附能力是壳聚糖基纳米纤维的未来发展趋势。

我国静电纺丝领域研究现状及其热点:基于CNKI数据库的可视化文献计量分析

基于CNKI数据库,利用CiteSpace可视化计量学方法分析国内静电纺丝领域的发文量、作者和机构合作状况以及研究主题的演化,并与国际上2018-2022年的研究主题进行对比。分析发现:国内作者在静电纺丝领域的发文量呈现逐年增加趋势;作者共现的局部网络密度大,整体网络密度小;参与静电纺丝研究的高校之间合作密切;国内静电纺丝领域的研究主要集中在纤维的制备,及纳米纤维在生物医药、空气过滤、水处理、能源器件、防护、传感等领域的应用等方面,与国际上在静电纺丝领域的研究热点有较高的相似性。

静电纺纳米纤维纱线的制备方法及在智能可穿戴领域的应用进展

为了提高静电纺纳米纤维纱线的制备效率和力学性能,以拓宽纳米纤维纱线的应用,对静电纺纳米纤维纱线的种类与制备方法以及在智能可穿戴领域的应用进行了归纳和总结,并分析了不同制备方法的优缺点,最后对静电纺纳米纤维纱线的未来发展趋势进行了展望。

聚丙烯腈在不同溶剂体系中的化学老化机理

聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液作为二步法工艺制备PAN原丝的原料,在制备、储存和运输过程中长时间处于最低80℃的环境下,长时间伴热使纺丝液发生化学老化,影响制备原丝的质量。以最常用于制备碳纤维的有机溶剂的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪和旋转黏度计,研究了PAN溶液在高温条件下化学老化过程中的结构变化和溶液黏度变化规律,提出了相应的化学老化机理。实验结果表明,DMF,DMAc,DMSO为溶剂的PAN溶液的颜色均随着老化温度的提高而加深。在FTIR中1684 cm-1出现具有酸性的氰基α-H与相近的氰基分子交联反应生成的—C=N基团的特征峰,说明发生了不可逆的化学反应。3种PAN溶液均出现了溶液表观黏度随处理温度的升高而减小的趋势。这是由于发生了PAN分子内的氰基交联反应,降低了分子间的内聚能,导致溶液黏度降低。不同的是,PAN/DMF溶液在180℃以上出现凝胶化现象,这是由于高温下PAN在DMF体系中更倾向于发生分子链间的交联反应,形成凝胶网络结构。掌握纺丝液化学老化机理能为实际生产提供一定参考意义,比如调节参数规避化学凝胶的出现,或对产生的交联结构加以利用。

纤维级氧化锌抗菌聚酯的结晶行为与流变性能

采用原位聚合法将纳米氧化锌(ZnO)作为抗菌剂引入聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中制备出抗菌PET切片。对比研究了常规PET切片与抗菌PET切片在不同结晶条件下的结晶行为与结晶动力学。ZnO的引入能够促进抗菌PET在较高温度下的成核能力,使得抗菌PET切片的结晶温度明显提升。在不同的降温速率下,抗菌PET切片均具有更强的结晶性能,且Mo方程对于切片的非等温结晶过程具有较好的拟合性。等温结晶动力学结果表明,抗菌PET切片具有更短的结晶时间与更快的结晶速率,其结晶机制几乎未发生改变。比较两种切片的流变性能,发现在285~295℃范围内,相比于常规PET切片,含纳米ZnO的抗菌PET切片的熔体黏度更高,非牛顿指数更低,且其黏度随剪切速率变化更为明显。

干纺氨纶原液稳态/动态流变行为与性能研究

采用旋转流变仪的稳态和动态模式,研究不同聚合配方下干纺氨纶原液的流变行为、黏弹性响应以及微观结构,得出二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃物质的量比、支链扩链剂二胺和交联剂三胺对原液流变性能、可纺性及均一性的影响,支链扩链剂二胺的引入可以拓宽复数黏度的牛顿平台,使原液熟化过程的工艺控制范围扩大。

静电纺丝过程中泰勒锥、射流鞭动和电晕现象分析

目前,国内外研究人员针对静电纺丝已进行了广泛且深入的研究,其中观察和研究静电纺丝过程中的物理现象是当今研究的热点之一,这对于深入理解静电纺丝的原理、超细纤维的获得及特定样品的制备、装置的改进等具有重要意义。综述了静电纺丝中典型的几种物理现象,包括泰勒锥、射流鞭动和电晕现象,并对各个现象的产生原理、影响因素和改进措施等进行了综合的分析,为以后静电纺丝科学的发展和应用提供了有利参考和依据。

干法与湿法凝胶纺丝UHMWPE纤维的结构与性能

比较干法与湿法凝胶纺丝工艺制得超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维的性能特征;采用扫描电镜观察纤维的表面形貌,利用X射线衍射计算其结晶度、晶粒尺寸及取向度,利用差示扫描量热仪测试纤维热性能等,并测试其力学性能及密度。结果表明:干法工艺制得的UHMWPE纤维较湿法工艺制得的纤维表面更为光滑、平整;采用干法工艺制得的纤维结晶度为72.54%,湿法工艺制得的为70.20%,两种工艺制得纤维均有较高的取向度;干法工艺制得的纤维断裂强度为31.87 cN/dtex,湿法工艺制得的为29.10cN/dtex,干法工艺制得的纤维力学性能更好;干法工艺制得的纤维密度增加得更大,熔点及熔融起始温度高,熔程短。

PET/PHA共混纺丝研究

通过差示扫描量热(DSC)分析、X射线衍射和应力-应变分析对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与聚羟基脂肪酸酯(PHA)共混纤维的结晶、取向及力学性能进行测试,考察了共混体系的可纺性。结果表明:随着PHA添加量的增大,共混体系的可纺性下降。添加PHA质量分数小于2.5%时,可纺性良好,添加PHA质量分数小于1.5%时,PHA对共混体系的可纺性基本没有影响;随着PHA添加量的增大,共混纤维的结晶度下降,取向度和取向因子减小,吸湿性变好,断裂强度下降,最大拉伸倍数增大。

熔体微分静电纺PBAT纤维膜的制备工艺研究

探究了聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)熔体静电纺性能,并研究了熔体微分静电纺工艺参数与PBAT纤维性能之间的关系。结果表明,随着纺丝温度的升高,纤维直径减小,纤维直径分布呈先减小后增大的趋势;随着纺丝电压的升高,纤维直径减小且分布均匀,纤维膜力学性能逐渐提高;当纺丝距离为9 cm,纺丝温度为260℃,纺丝电压为45 kV时,制备的纤维细度及均匀度最佳,其直径为4.31μm,直径分布标准差为0.76,纤维膜拉伸强度为9.9 MPa、断裂伸长率为111.2%。

聚乙二醇改性聚合纺丝液对湿纺聚丙烯腈初生纤维截面形貌和晶态结构的影响

采用聚乙二醇-600(PEG-600)改性丙烯腈-衣康酸二元共聚的聚丙烯腈(PAN)纺丝液,并通过湿纺制备出初生纤维。通过接触角测试、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)研究了PEG-600用量对PAN树脂亲水性、初生纤维横截面形貌、晶态结构的影响。结果表明,PEG-600用量为0.1%时,与未加PEG-600的样品相比,PAN树脂的亲水性降低,初生纤维的横截面仍为非圆形,皮芯结构增强,结晶度降低,晶粒尺寸变大;PEG-600用量为0.3%～0.5%时,与未添加PEG-600的样品相比,PAN树脂的亲水性较未加PEG-600的样品的亲水性增加,初生纤维的横截面为圆形,皮芯结构减弱,结晶度降低但比PEG-600用量为0.1%样品的高,晶粒尺寸与PEG-600用量为0.1%样品的相同。

溶液性质交互作用对静电纺纳米纤维形态的影响

研究静电纺丝的溶液性质,探讨溶液黏度、表面张力和电导率3种溶液性质间的交互作用及其对静电纺纳米纤维形貌及直径的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)对制备的纳米纤维的表观形态和直径进行表征,采用SPSS分析软件对聚合物溶液多种性质的交互作用进行分析,并得出纳米纤维直径的预测公式。通过调整溶液性质,可实现对静电纺纤维形貌及直径的调控,这对于纳米纤维可纺性的研究以及结构调控具有重要意义。

狭缝式熔体微分电纺工艺参数对射流间距的影响

采用自主设计的狭缝式熔体微分静电纺丝装置对聚丙烯(PP)材料进行熔体静电纺丝,研究了纺丝电压、纺丝距离和纺丝温度3个纺丝参数对射流间距的影响。结果表明,射流间距随纺丝电压的升高而减小;射流间距随纺丝距离的减小而增大,但当纺丝距离低于80mm并继续减小时,射流间距保持不变;射流间距随纺丝温度的升高而减小,当纺丝温度达到230℃并继续升高时,射流间距保持不变;当纺丝电压为60kV,纺丝距离为100mm,纺丝温度为245℃时,射流间距最小,可达3.3mm。

聚乳酸(PLA)的流变性能研究

以聚乳酸切片为原料,在不同温度下,利用毛细管流变仪测试其流变性能。流动曲线表明,聚乳酸熔体属于典型的切力变稀型非牛顿流体,其黏流活化能较低,有利于纺丝工艺条件的控制,且熔体结构黏度指数随熔体温度增高而减小,纺丝成纤性得到改善。

PET/PE共混体系中微纤成形机理的探讨

本文对不同比例的共混样品的初生纤维及卷绕丝的横截面进行电镜分析,探讨低组分微纤成形机理,认为分散相形成超细纤维可分为三个阶段:即喷丝孔入口区阶段的入口拉伸,喷丝孔道阶段的剪切形变以及出喷丝孔阶段的喷头拉伸。通过这三阶段,分散相颗粒受到形变、拉伸最终以微纤的形态分散在纤维内部。该纤维经溶剂溶去基质相后,可得到相互缠绕的超细纤维网络体,直径<0.5μm,纤度<0.002dtex。

内外双层锥面熔体微分静电纺丝实验研究

为了进一步提高单喷头纤维的产量,在熔体微分静电纺丝的基础上,设计开发了一种结合内外锥面的双层熔体微分静电纺丝装置。通过COMSOL Multiphysics数值仿真软件对其电场进行对比分析,得出增加的内层锥面对外层电场有一定的削弱作用。通过实验分析了内层锥面伸出距离对内外层射流的影响,找到了最佳参数,并且在此参数下,验证了不同电压下的纺丝效果,结果表明,随着电压的增加,内外层锥面电场增加程度相同,内外层纤维直径达到了均匀分布。最后分别采用吹风和吸风辅助对纤维进行了细化,为静电纺丝法制备超细纤维的产业化提供参考。

皮芯复合纤维及其成形理论

主要介绍了复合纤维及皮芯复合纤维的概况，纤维成形及皮芯复合纤维成形理论的研究及最新进展。介绍了模拟成形所采用的模型和方法。

超高分子量聚丙烯腈的制备及其合成动力学的研究

超高分子量聚丙烯腈(UHMW PAN)在很多方面都有重要的作用。本文主要对聚合条件和反应机理进行了初步讨论。除此之外还研究了偶氮类引发剂引发的丙烯腈悬浮聚合,制备超高分子量聚丙烯腈的途径。本文还应用计算机模拟方法来寻找能够制备超高分子量聚丙烯腈的有效途径并用它来研究聚合反应动力学问题。

双锥面熔体微分静电纺中电场分布的有限元分析

为获得最佳的熔体微分静电纺丝结构参数,采用有限元分析软件ANSYS对多层锥面无针熔体微分静电纺丝中的电场分布进行模拟,分析了双锥面特征设计参数对纺丝尖端场强的影响,分别讨论了内圈直径和内圈伸出距离对内外圈纺丝尖端及纺丝路径场强分布的影响。ANSYS数值模拟结果表明:增加锥面层数会减弱最外圈纺丝尖端的电场强度;对于双锥面熔体纺丝装置,内锥面直径大小对纺丝尖端场强分布的影响不明显;当内锥面伸出距离增大时,内外圈纺丝尖端场强的差值先减小再增大;当内锥面直径为26 mm,内圈伸出距离为6 mm时,内外圈纺丝尖端电场强度分布最相似,能够保证内外锥面制备的纤维射流间距相同,实验结果和模拟结果一致。

PVAc醇解纺丝初生纤维成形机理及结构研究

讨论了ＰＶＡｃ醇解纺丝初生纤维成形机理、分子结构的变化和超分子结构的形成。实验结果表明，醇解纺丝是通过冻胶化和醇解，形成结构均匀的冻胶态高醇解度ＰＶＡ初生纤维。该纤维经高倍拉伸和高结晶化，从而得到高强高模ＰＶＡ纤维。