復(fù)合納米纖維的制備、表征及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文研究了靜電紡絲技術(shù)特別是同軸共紡技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)探索該技術(shù)在電紡纖維的制備及功能性能改進(jìn)方面的應(yīng)用，包括提高抗菌性能、力學(xué)性能和潛在的紡織用途三個方面進(jìn)行了研究。在提高抗菌性能的研究方面，采用不同的高聚物和無機(jī)納米顆粒體系，以Nylon-6、PAN、PC和PU材料為載體電紡高聚物/TiO2復(fù)合纖維：利用共混法實(shí)現(xiàn)了Nylon-6/TiO2的制備；利用鈦酸丁酯作為TiO2前驅(qū)體的凝膠法實(shí)現(xiàn)PU/TiO2、PC/Ti

2、O2和PAN/TiO2的制備；并在一定濃度TiO2的基礎(chǔ)上，添加銅離子和(或)銀離子，研究其對纖維力學(xué)性能、微觀特征、晶相轉(zhuǎn)變及纖維膜抗菌性能等方面的影響。在提高纖維膜力學(xué)性能方面，以殼-芯雙層納米纖維為前提，在芯層引入力學(xué)性能較好的材料，最終制備的纖維既能保持較好力學(xué)性能，又有較好抗菌性能，這在共紡PAN(TiO2)/PU復(fù)合材料的實(shí)例中得到了充分體現(xiàn)。在紡織用途方面，研究了PTT、PAN、PU、Nylon電紡膜與棉織物之

3、間的粘附力性能，并通過熱熔材料將制備的復(fù)合纖維膜與棉織物粘結(jié)一起，探討其作為紡織材料在剛?cè)嵝约巴笣裥苑矫娴膮^(qū)別。得出的主要結(jié)論如下：(1)應(yīng)用單紡技術(shù)，找出電紡PAN、PU、PTT、Nylon最佳的電紡參數(shù)。Nylon-6在10wt％和13wt％時形貌特征、力學(xué)性能較好；PU在7wt％的纖維尺寸較均勻，同時力學(xué)性能較好，為該材料的最佳紡絲濃度。PAN在濃度為10wt％和12wt％時，纖維直徑的尺寸均勻性較好，珠狀物產(chǎn)生的概率

4、較低，且力學(xué)性能較好。PTT在13wt％時形成的纖維中珠狀物最小，同時力學(xué)性能很高，為最佳紡絲濃度。由于PTT是Z型構(gòu)造，在PU、PTT、Nylon-6材料中，經(jīng)PTT膜處理的棉織物具有最好的剛?cè)嵝?；PU與棉織物的附著力方面為最高。(2)采用同軸電紡技術(shù)成功制備了PAN(殼)/PU(芯)、Nylon(殼)/PVA(芯)、PC(殼)/PU(芯)、PU(殼)/Nylon(芯)復(fù)合納米纖維材料，并將其黏附在棉布上，研究了其幾何、結(jié)

5、構(gòu)、力學(xué)及織物性能。通過TEM圖片和紅外光譜圖證明了其殼芯層的存在。研究表明：在制備Nylon-6(shell)/PVA(core)復(fù)合材料過程中，濃度為10％的時候外貌形態(tài)較好；為10wt％和12wt％的時候，無紡布的力學(xué)性能最佳。PU濃度為8wt％時，PC(殼)/PU(芯)和PU(殼)/Nylon(芯)有較好的形貌特征和力學(xué)性能。當(dāng)PAN濃度為10wt％時，PAN(殼)/PU(芯)纖維有較好的復(fù)合性能。(3)應(yīng)用混紡法，

6、利用鈦酸丁酯作為TiO2前驅(qū)體的凝膠法實(shí)現(xiàn)PU/TiO2、PC/TiO2和PAN/TiO2的制備。利用共混法實(shí)現(xiàn)了Nylon-6/TiO2的制備；并通過X衍射、煅燒、SEM、紅外分析等手段證明了高聚物/TiO2纖維中TiO2的存在及其體現(xiàn)的功能特性。對于Nylon-6/TiO2、PU/TiO2和PC/TiO2各系統(tǒng)，可引入銅離子和(或)銀離子提高其抗菌性能；當(dāng)同時引入這兩種離子時，各系統(tǒng)的抗菌(大腸桿菌和金黃色葡萄球菌)率均達(dá)

7、到90％以上。而PAN/TiO2系統(tǒng)中難以引入銅離子和(或)銀離子，僅通過TiO2顆粒含量體現(xiàn)其抗菌性能。(4)在同軸共紡過程中，射流的分裂可能導(dǎo)致不含芯層材料的單組分纖維產(chǎn)生，芯層也可能偏離纖維的中部，部分會聚積到纖維表面。(5)在混紡中，由于TiO2顆粒或凝膠的加入，纖維的結(jié)晶度發(fā)生一定變化，當(dāng)高聚物/TiO2具有較好抗菌性能時，其力學(xué)性能較單紡或加入少量TiO2降低較多。(6)通過共紡技術(shù)，制備出PAN(殼，TiO2)

8、/PU(芯)，Nylon(殼，TiO2)/PVA，PC(殼，TiO2)/PU(芯)，PU(殼，TiO2)/Nylon(芯)復(fù)合納米纖維材料；在含有一定量TiO2時，引入銅離子和(或)銀離子，以提高其抗菌性能，同時將復(fù)合材料黏附在棉布上，研究其幾何、結(jié)構(gòu)、力學(xué)及織物性能，實(shí)現(xiàn)高聚物中混有無機(jī)納米顆粒后再與另一高聚物進(jìn)行殼-芯復(fù)合纖維的制備。(7)通過共紡技術(shù)，可以改善纖維的形貌。例如，PC與TiO2的混紡效果較差，但將混有Ti