聚合物tio2雜化電紡微納米纖維制備【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　聚合物/TiO2雜化電紡微納米纖維制備</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 紡織工程

2、</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要：制備符合靜電紡絲條件的PVA/TiO2雜化紡絲液，課題根據(jù)溶膠—凝膠方

3、案并結(jié)合靜電紡絲工藝制備出PVA/TiO2雜化納米纖維。使用原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和傅里葉紅外光譜(FTIR)為主要表征手段探索了PVA/TiO2雜化納米纖維中PVA與TiO2溶膠分子的結(jié)合方式，研究了紡絲電壓、接收裝置的距離、周圍的環(huán)境溫度和紡絲液的性質(zhì)(粘度、表面張力、電導(dǎo)率等)對(duì)雜化納米纖維的表面形貌和纖維狀結(jié)構(gòu)形成的影響，提出了適用于雜化納米纖維的靜電紡絲射流形成的理論模型。利

4、用PVA/TiO2前驅(qū)體制備TiO2納米纖維，以PVA/TiO2溶膠前驅(qū)液，再由靜電紡絲工藝得到雜化電紡纖維，找到最優(yōu)化配置方案，并對(duì)所得纖維進(jìn)行表征。</p><p>　　關(guān)鍵詞：靜電紡；溶膠-凝膠；PVA/TiO2；納米纖維</p><p>　　Preparation of the Polymer/TiO2 heterozygous Electrospinning nanofiber&

5、lt;/p><p>　　Abstract: Preparation of electrostatic spinning condition accord with PVA/TiO2 heterozygous spinning solution. Task according to sol-gel scheme and combined with electrostatic spinning process was m

6、ade from PVA/TiO2 heterozygous nanofiber. Use atomic force microscope (AFM), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Fourier infrared spectroscopy (FTIR) as main characterization me

7、thods to explore the PVA/TiO2 heterozygous nano-fibre TiO2 sol in PVA and molecula</p><p>　　Keywords: Electrospinning; sol-gel; PVA/TiO2; nanofiber</p><p><b>　　目 錄</b></p>&

8、lt;p><b>　　1緒 論1</b></p><p>　　1.1 靜電紡1</p><p>　　1.1.1 靜電紡絲的原理1</p><p>　　1.1.2 靜電紡絲的基本參量及影響因素2</p><p>　　1.2溶膠一凝膠法3</p><p>　　1.2.1溶膠、

9、凝膠的制備3</p><p>　　1.2.2溶膠-凝膠技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展4</p><p>　　1.3高聚物性能5</p><p>　　1.3.1　 聚乙烯醇的性質(zhì)用途及應(yīng)用5</p><p>　　1.3.2 聚乙烯醇（PVA）的應(yīng)用5</p><p>　　1..4 本課題研究?jī)?nèi)容6</p>

10、;<p>　　1.5論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排6</p><p>　　2 雜化電紡實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?</p><p>　　2.2實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容和方法7</p><p>　　2.2.1實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容7</p><p>　　2.2.2 溶膠-凝膠法制備二氧化鈦納米顆粒

11、7</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)方案的技術(shù)路線7</p><p>　　3 納米纖維的制備及其形貌分析9</p><p>　　3.1 主要原料與儀器9</p><p>　　3.1.1 主要原料9</p><p>　　3.1.2 主要儀器9</p><p>　　3.2 自

12、制的靜電紡絲機(jī)裝置9</p><p>　　3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析10</p><p>　　3.3.1 溶液濃度的影響11</p><p>　　3.3.2 加工電壓的影響12</p><p>　　3.3.3 接收距離的影響14</p><p>　　3.3.4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響15</p><

13、;p>　　3.4 結(jié)論16</p><p>　　4 總結(jié)與展望17</p><p>　　4.1 總結(jié)17</p><p>　　4.1.1 靜電紡絲技術(shù)存在的幾個(gè)問題17</p><p>　　4.1.2 不同參數(shù)對(duì)PVA二氧化鈦纖維直徑及形貌的影響17</p><p>　　4.2 展望17

14、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　靜電紡絲(Electrospinning)是一種利用聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場(chǎng)中的噴射作用進(jìn)行紡絲加工的工藝。其通過給聚合物溶液施加

15、外加電場(chǎng)來制造聚合物纖維的紡絲技術(shù)，其纖維直徑在微米和納米之間。相對(duì)于一般的商業(yè)織物。由靜電紡絲纖維構(gòu)成的無紡織物具有大的比表面積，以及纖維表面具有小孔等特殊形態(tài)。這樣的特性使得該纖維在過濾、組織工程、超敏感傳感器等方面有很大的潛在應(yīng)用前景。近年來，電紡絲作為一種可制備超細(xì)纖維的新型加工方法，引起了廣泛的關(guān)注。由電紡絲加工得到的纖維產(chǎn)品稱為電紡纖維(Electrospun fiber)。其最大的特點(diǎn)是直徑范圍一般在3 nm～5um，比常

16、規(guī)方法制得的纖維直徑小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。電紡纖維無紡布孔隙率高、比表面積大、纖維精細(xì)程度與均一性高、長(zhǎng)徑比大，在功能材料領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，在納米復(fù)合材料、傳感器、傷口敷料、膜分離以及組織工程等領(lǐng)域，電紡纖維都得到了廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)外對(duì)電紡絲的研究發(fā)展迅速，成果也非常多，而國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究正處于起步階段[1]。</p><p>　　20世紀(jì)90年代后期，科學(xué)家們對(duì)于納米纖維制備及應(yīng)用的研究達(dá)到高潮，開發(fā)了一系

17、列制</p><p>　　備聚合物納米纖維的方法，如紡絲、模板合成法、相分離法、自組裝法以及靜電紡絲法等。與上述方法相比，靜電紡制備聚合物納米纖維具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易以及高效等特點(diǎn)，因此它被認(rèn)為是制備聚合物連續(xù)納米纖維最有效的方法。</p><p>　　靜電紡絲工藝生產(chǎn)高性能聚合物納米纖維的工藝流程簡(jiǎn)單，普遍適用現(xiàn)有的聚合物和生物高分子溶液或熔體。由于靜電紡絲納米纖維的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)越特性

18、，廣泛用于過濾材料、生物醫(yī)用和納米級(jí)電子儀器領(lǐng)域。因此應(yīng)用靜電紡絲工藝設(shè)計(jì)和開發(fā)功能化納米纖維是新興功能材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著納米纖維紡絲機(jī)的不斷完善和提高，大規(guī)模低成本生產(chǎn)納米纖維材料已成為可能，靜電紡納米纖維[2]的市場(chǎng)發(fā)展前景十分看好。</p><p><b>　　1.1 靜電紡</b></p><p>　　1.1.1 靜電紡絲的原理</p&g

19、t;<p>　　典型的靜電紡絲裝置如圖1所示</p><p>　　圖1 靜電紡絲裝置示意圖</p><p>　　該裝置主要由主要由高壓電源、溶液儲(chǔ)存裝置、噴射裝置和接收裝置四個(gè)部分所組成。高壓電源一般采用最大輸出電壓30-300kV的直流高壓靜電發(fā)生器來產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)。溶液儲(chǔ)存裝置可以使用注射器或儲(chǔ)液管等，在其中裝滿聚合物溶液或熔融液，并插入一個(gè)金屬電極。該電極與高壓電源相連

20、，使液體帶電。噴射裝置為毛細(xì)管或注射器針頭。它的放置有幾種不同的方式：垂直放置，這是最簡(jiǎn)單、采用最多的一種方式；和接收裝置保持一定的角度，這種方式能夠更好地控制溶液的流速；和接收裝置平行放置，利用數(shù)控機(jī)械裝置緩慢推動(dòng)注射器將溶液擠壓出來。接收裝置可以是金屬平板、網(wǎng)格或滾筒等，對(duì)于大多數(shù)靜電紡絲來說，采用平板式的接收裝置得到的是無序排列的纖維，形成的是類似非織造布的纖維氈(網(wǎng)或者膜)。和非織造布形式的纖維相比，彼此可分離的納米長(zhǎng)絲或短纖維

21、的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。然而由于靜電紡絲技術(shù)的復(fù)雜性，往往很難得到連續(xù)的平行排列的納米纖維。</p><p>　　將聚合物溶液/熔體置于儲(chǔ)液管中，并將儲(chǔ)液管置于電場(chǎng)，陽(yáng)極插入儲(chǔ)液管的溶液中，陽(yáng)極從高壓靜電場(chǎng)發(fā)生器導(dǎo)出。當(dāng)沒有外加電壓時(shí)，由于儲(chǔ)液管中的溶液受到重力的作用而緩慢沿儲(chǔ)液管壁流淌，而在溶液與儲(chǔ)液管壁間的粘附力和溶液本身所具有的粘度和表面張力的綜合作用下，形成懸掛在儲(chǔ)液管口液滴。電場(chǎng)開啟時(shí)，由于電場(chǎng)力的作用，溶

22、液中不同的離子或分子中具有極性的部分將向不同的方向聚集。即陰離子或分子中的富電子部分將向陽(yáng)極的方向聚集，而陽(yáng)離子或分子中的缺電子部分將向陰極的方向聚集。由于陽(yáng)極插入聚合物溶液中，溶液的表面應(yīng)該是布滿受到陽(yáng)極排斥作用的陽(yáng)離子或分子中的缺電子部分，所以溶液表面的分子受到了方向指向陰極的電場(chǎng)力。而溶液的表面張力與溶液表面分子受到的電場(chǎng)力的方向相反。當(dāng)外加的電壓所產(chǎn)生電場(chǎng)力較小時(shí)，電場(chǎng)力不足以使溶液中帶電荷部分從溶液中噴出，這時(shí)儲(chǔ)液管口原為球形

23、的液滴被拉伸變長(zhǎng)。繼續(xù)加大外加電壓，在外界其它條件一定的情況下，當(dāng)電壓超過某一臨界值時(shí)，溶液中帶電荷部分克服溶液的表面張力從溶液中噴出，這時(shí)儲(chǔ)液管口的液滴變?yōu)殄F形(被稱為Taylor錐)，在儲(chǔ)液管頂端，形成一股帶電的噴射流。噴射流發(fā)生分裂之后，溶劑揮發(fā)，</p><p>　　1.1.2 靜電紡絲的基本參量及影響因素</p><p>　　1.1.2.1靜電紡絲的基本參量</p>

24、<p>　　在聚合物靜電紡絲過程中有很多因素影響纖維的形成及形態(tài)。這些因素包括：(1)溶液性質(zhì)，如粘度、電導(dǎo)率、表面張力、粘彈性等；(2)工藝參數(shù)，如儲(chǔ)液管的液靜壓、電位、儲(chǔ)液管和接收屏間的距離等；(3)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、空氣流速等。</p><p>　　1.1.2.2靜電紡絲的影響因素</p><p>　　靜電紡絲法制備納米纖維的影響因素很多，這些因素可分為溶液性質(zhì)，

25、如粘度、彈性、電導(dǎo)率和表面張力；控制變量，如毛細(xì)管中的靜電壓、毛細(xì)管口的電勢(shì)和毛細(xì)管口與收集器之間的距離；環(huán)境參數(shù)，如溶液溫度、紡絲環(huán)境中的空氣濕度和溫度、氣流速度等。</p><p>　　其中主要影響因素包括：</p><p>　　(1)聚合物溶液濃度。聚合物溶液濃度越高，粘度越大，表面張力越大，而離開噴嘴后液滴</p><p>　　分裂能力隨表面張力增大而減弱。

26、通常在其它條件恒定時(shí)，隨著濃度增加，纖維直徑增大。</p><p>　　(2)電場(chǎng)強(qiáng)度。隨電場(chǎng)強(qiáng)度增大，高分子靜電紡絲液的射流有更大的表面電荷密度，因而有更大的靜電斥力。同時(shí)，更高的電場(chǎng)強(qiáng)度使射流獲得更大的加速度。這兩個(gè)因素均能引起射流及形成的纖維有更大的拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致有更高的拉伸應(yīng)變速率，有利于制得更細(xì)的纖維。</p><p>　　(3)毛細(xì)管口與收集器之間的距離。聚合物液滴經(jīng)毛細(xì)管口噴

27、出后，在空氣中伴隨著溶劑揮發(fā)，聚合物濃縮固化成纖維，最后被接收器接收。隨兩者間距離增大，直徑變小。</p><p>　　(4)靜電紡絲流體的流動(dòng)速率。當(dāng)噴絲頭孔徑固定時(shí)，射流平均速度顯然與纖維直徑成正比。</p><p>　　(5)收集器的狀態(tài)不同，制成的納米纖維的狀態(tài)也不同。當(dāng)使用固定收集器時(shí)，納米纖維呈現(xiàn)隨機(jī)不規(guī)則情形；當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)盤收集器時(shí)，納米纖維呈現(xiàn)平行規(guī)則排列。因此，不同設(shè)備條件

28、所</p><p>　　生成的纖維網(wǎng)膜不同。</p><p>　　1.2 溶膠一凝膠法</p><p>　　溶膠一凝膠[2]法是指金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液一溶膠一凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而成氧化物或其他化合物的方法，是采用膠體化學(xué)原理實(shí)現(xiàn)基材表面改性或獲得基材表面薄膜的方法。溶膠一凝膠法正是隨著膠體化學(xué)的發(fā)展而逐步發(fā)展并逐步被人們所重視的，實(shí)際應(yīng)用范圍很廣泛，如

29、化工、醫(yī)藥、生物、陶瓷、電子、光學(xué)、涂料、顏料、超細(xì)和納米粉體、磁性材料和信息材料等等。該方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，如反應(yīng)易于控制，各組分相互混合時(shí)均勻性好，化學(xué)組成均勻，合成溫度低，可以控制顆粒尺寸，產(chǎn)物的顆粒度比較均勻、細(xì)小等，而且對(duì)基材形狀的適應(yīng)性廣，不僅能涂覆大型構(gòu)件，還能涂覆高比表面積的粉體，工藝條件比較簡(jiǎn)單。近年來，很多科研者致力于納米材科的研制開發(fā)，溶膠一凝膠由于其方法本身的優(yōu)點(diǎn)而成為了納米及其新材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。</p&

30、gt;<p>　　1.2.1 溶膠、凝膠的制備</p><p>　　通常，人們把溶膠(Sol)視為一種特殊的分散體系，它是由膠粒和溶膠所組成的亞穩(wěn)定體系。溶膠的形成首先是制各膠體粒子，或者是經(jīng)機(jī)械研磨，使固體磨細(xì)到膠體大小?；蛘呤峭ㄟ^溶膠一凝膠(Sol—gel)的化學(xué)反應(yīng)，通常是無機(jī)鹽類經(jīng)水解一縮聚反應(yīng)，形成膠粒。后者是目前溶膠化學(xué)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。凝膠(Gel)是由膠凝作用或膠凝反應(yīng)得到的產(chǎn)物，具

31、有三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在膠凝過程中，膠粒相互作用成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，失去流動(dòng)性，而溶劑大部分依然在凝膠骨架中保留，尚能自由流動(dòng)。這種特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)賦予凝膠超大的比表面積。所有新形成的凝膠都含有大量的溶劑(液體含量通常為95％以上)，所含溶劑為水的凝膠稱為水凝膠。所有水凝膠的外表很相似，呈固體狀，沒有流動(dòng)性。Sol—gel方法的前驅(qū)物大都為無機(jī)鹽或金屬醇鹽，其主要反應(yīng)步驟是前驅(qū)物溶解于溶劑中并形成均勻的溶液，溶質(zhì)與溶劑發(fā)生水解或醇解反應(yīng)，形成溶膠，反

32、應(yīng)生成物以納米粒子形式存在，溶膠經(jīng)蒸發(fā)干燥后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。分散介質(zhì)為液體的溶膠體系稱為液溶膠或溶膠：當(dāng)介質(zhì)為固體時(shí)，稱為固溶膠。由此可見，溶膠體系是多種多樣的。膠體是物質(zhì)存在的一種特殊狀態(tài)，而不是一種特殊的物質(zhì)。分?jǐn)?shù)相在介質(zhì)中有極</p><p>　　1.2.2 溶膠-凝膠技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展</p><p>　　現(xiàn)代Sol—gel技術(shù)的研究開始于19世紀(jì)中葉，利用溶膠和凝膠涮各單組分化合

33、物。1846年，J.J.Ebehnen[3]發(fā)現(xiàn)SiCl4與乙醉混合后在濕空氣中水解并形成了腔凝，但并沒有引起重視。WGefcken[4]利用金屬醇鹽水解和膠凝化反應(yīng)制備了氧化物膜，從面證實(shí)了這種方法的可行性，但直到1971年德國(guó)學(xué)者H.Disllch[5]利用Sol—gel法成功開發(fā)出多組分玻璃之后，Sol—gel法才引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注，并開始被廣泛應(yīng)用于鐵電材料、生物材料、催化劑載體、薄膜、高純玻璃及其它材料的制備等。溶膠一凝膠法

34、除可制備無機(jī)材料外，還可以用來制備有機(jī)一無機(jī)雜化材料。作為兩種性能迥異的組分之問的復(fù)合產(chǎn)物，不僅可望綜合無機(jī)材料和有機(jī)聚合物的性能。而且是制備、開發(fā)新型材料的有效途徑。利用溶膠一凝膠法制各無機(jī)一有機(jī)雜化材料，不僅便于選擇復(fù)合組分、滿足優(yōu)化、拓寬材料性能的目的，而且通過前驅(qū)物以及合成路線的設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化復(fù)合尺度和復(fù)合界面，達(dá)到分子復(fù)合水平。目前，與溶膠一凝膠法有關(guān)的文獻(xiàn)和專門的國(guó)際會(huì)議日益增加。己成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)和新的增長(zhǎng)點(diǎn)

35、。</p><p>　　溶膠一凝膠法在鈍化金屬方面得到了較高的重視，De.Sanctis[6]等人的早期研究表明，由溶膠一凝膠法制備的氧化硅涂層能夠提高不銹鋼的耐腐蝕性能。Nelson[7]等人用膠體氧化硅分散體系對(duì)鋼絲進(jìn)行了表面防腐蝕處理。結(jié)果表明膠體的聚合度對(duì)于控制最終陶瓷涂層的致密度有很重要的作用。未聚合的溶膠會(huì)產(chǎn)生相對(duì)密實(shí)的陶瓷涂層，而聚合的溶膠則會(huì)形成多孔的陶瓷涂層，最終降低對(duì)鋼基體的保護(hù)作用。SEM結(jié)

36、果顯示，涂覆了未聚合的膠體分散相并于800℃熱處理的鋼絲會(huì)提高其抗氧化性，同時(shí)保持較高的柔韌性。</p><p>　　早在10多年前，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到利用Sol—gel法可以辮有機(jī)分子摻雜于無機(jī)基質(zhì)中，且保持摻雜物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不變。對(duì)于生物分子而言，由于受傳統(tǒng)觀念的束縛。認(rèn)為醇鹽的高反應(yīng)活性可能改變蛋白質(zhì)的表面，凝膠的收縮也會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生一定的壓力和摻雜的酶以一定方向取向后可能影響其活性等。所以，利用Sol

37、—gel法將蛋白質(zhì)等生物分子摻雜于無機(jī)基質(zhì)這一領(lǐng)域發(fā)展一直比較緩慢，直到1990年才由以色列Braun等[8]報(bào)道了利用Sol一8el法將堿性磷酸酶引入無機(jī)基質(zhì)中，并制備出以光度或電化學(xué)為檢測(cè)器的生物傳感器。Wang等[9]將多克龍(Polylone)抗熒光素包裹于溶膠一凝膠中，發(fā)現(xiàn)抗體仍保持了對(duì)熒光索的親和性，可望用于生物傳感器方面。Edmiston等[10-12]將牛清蛋白、藻紅素等其他蛋白質(zhì)引入以TMOS為前提得到的Si02基質(zhì)中

38、，發(fā)現(xiàn)這些蛋白質(zhì)在Si02凝膠中具有很好的穩(wěn)定性。另外，Sol—gel法還可用于生物材料的制備。</p><p>　　1.3 高聚物性能</p><p>　　1.3.1 聚乙烯醇的性質(zhì)用途及應(yīng)用</p><p>　　1.3.1.1　 聚乙烯醇的性質(zhì)</p><p>　　聚乙烯醇 ( polyvinyl alcohol)，簡(jiǎn)稱 PVA，分子

39、式 —[CH2CH (OH) ]n—，為白色片狀、 絮狀或粉末狀固體，無味無毒、 無污染，可在 80～90℃水中溶解，是一種由醋酸乙烯經(jīng)醇解聚合而成的水溶性高分子聚合物，分纖維用和非纖維用兩種。其水溶液有很好的黏接性和成膜性，能耐油類、潤(rùn)滑劑和烴類等大多數(shù)有機(jī)溶劑，具有長(zhǎng)鏈多元醇酯化、醚化、縮醛化等化學(xué)性質(zhì)。PVA性能由其聚合度、黏度和醇解度決定，隨著聚合度的提高，PVA溶液的黏度、黏著性、成膜性、 剛性都相應(yīng)增大，但水溶性、漿膜的柔軟

40、性變差，溶液的流動(dòng)性、浸潤(rùn)性能也相應(yīng)降低。聚乙烯的聚合度分為超高聚合度(分子量25~30萬)、高聚合度(分子量17-22萬)、中聚合度(分子量12~15萬)和低聚合度(2.5~3.5萬)。PVA的醇解度在 88% (摩爾分?jǐn)?shù) )左右，具有良好的水溶性，但醇解度過高或過低，水溶性反而降低。</p><p>　　1.3.1.2　 聚乙烯醇的用途</p><p>　　由于 PVA綜合性能優(yōu)良，目

41、前在醫(yī)藥制劑中廣泛使用，應(yīng)用效果良好，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：1)用作膜劑的成膜材料;2)作為基質(zhì)應(yīng)用于巴布膏劑中; 3)作為基質(zhì)應(yīng)用于凝膠型制劑中; 4)作為制片劑的黏合劑、 骨架材料以及載藥微球或微囊的致孔劑或分散介質(zhì)。</p><p>　　PVA纖維強(qiáng)伸度高，有良好的耐酸、耐堿、耐干熱性能，溶于水，溶解過程分階段進(jìn)行，即：</p><p>　　親和潤(rùn)濕、溶脹、無限溶脹、溶解，水溫越高

42、溶解度越大，但幾乎不溶于有機(jī)溶劑，而且溶于水后無味、無毒，水溶液呈無色透明狀，在較短的時(shí)間內(nèi)能自然分解，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染，是百分之百的綠色環(huán)保產(chǎn)品。PVA易成膜，其膜的機(jī)械性能優(yōu)良，膜的拉伸強(qiáng)度隨聚合度、醇解度升高而增強(qiáng)。由于PVA毒性很低，無刺激性，日本和美國(guó)等已批準(zhǔn)用于醫(yī)藥和食品工業(yè)[13]。</p><p>　　1.3.2 聚乙烯醇（PVA）的應(yīng)用</p><p>　?。?）紡

43、織用[14]：水溶性PVA纖</p><p>　　維作為中間纖維與其它纖維混紡，紡織加工后溶出水溶性纖維，得到高支高檔紡織品，特別受毛紡、麻紡、繡花等行業(yè)用戶的歡迎。1997年4月，國(guó)際羊毛局(IWS)</p><p>　　與日本可樂麗公司合作推出了“羊毛/PVA”的羊毛制造技術(shù)可制得高支、輕薄的高檔純毛面料。PVA作為經(jīng)紗漿料具有上漿均勻、化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐腐蝕性好、工藝簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。&

44、lt;/p><p>　?。?）醫(yī)藥用[15]：由于PVA安全低毒、產(chǎn)品質(zhì)量易控制、價(jià)格便宜、使用方便等特點(diǎn)，作為藥用輔料有很大的開發(fā)潛力。目前在醫(yī)藥制劑中用于制作微型膠囊的囊材、膜劑和涂膜劑的成膜材料等，應(yīng)用效果良好。此外，PVA在中藥的滲透泵型控釋制劑、載藥微球、溶脹控釋系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　?。?）產(chǎn)業(yè)用[16]：在紙張中添SDPVA水溶纖維能明顯提高紙張晶質(zhì)和強(qiáng)度、

45、耐磨度等性能，減少環(huán)境污染，效費(fèi)比較高。PVA水溶性纖維良好的粘結(jié)作用可以得到吸堿性能良好、物理強(qiáng)度高的電池隔膜紙，提高電池隔膜紙性能。PVA纖維作為水泥材料的增強(qiáng)材料，可以明顯提高水泥基材料的韌性，實(shí)現(xiàn)水泥基材的應(yīng)變硬化和多縫開裂。</p><p>　　1..4 本課題研究?jī)?nèi)容</p><p>　　課題旨在通過對(duì)PVA二氧化鈦納米纖維形貌觀測(cè)得出納米纖維結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，從而為靜電

46、紡制納米纖維提供理論依據(jù)，其內(nèi)容與方法如下：</p><p>　?。?） 靜電紡及靜電紡納米纖維的概念、種類與發(fā)展</p><p>　?。?） 全面了解靜電紡絲的過程</p><p>　?。?） 配置不同濃度的PVA溶液</p><p>　?。?） 對(duì)配置不同的PVA(聚乙烯醇)溶液，通過不同條件參數(shù)的靜電紡絲得到PVA納米纖維，采用XL30

47、場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀測(cè)納米纖網(wǎng)表面形貌</p><p>　　通過上述研究工作，研究并分析PVA(聚乙烯醇))二氧化鈦納米纖維形貌特征。從而通過調(diào)整紡絲液濃度及靜電紡絲其他工藝參數(shù)，得到均勻、串珠少的納米纖網(wǎng)</p><p>　　1.5論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排</p><p>　　2010.10.25-2010.11.20 ：正交方案設(shè)計(jì)，雜化紡絲液制備

48、。 2010.11.20-2010.12.20： 采用自建的靜電紡絲機(jī)對(duì)上述紡絲液靜電紡絲，收集到納米纖網(wǎng)。 2010.12.20-2011.01.20 ：對(duì)所得雜化微納米纖維材料進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)與性能分析。 2011.01.21-2011.03.11：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、論文準(zhǔn)備、初稿撰寫、上交畢業(yè)論文初稿。 2011.03.12-2011.03.30：論文中期檢查。 2011.03.12-2011.05.02：

49、畢業(yè)實(shí)習(xí)（實(shí)習(xí)認(rèn)定表、報(bào)告冊(cè)、總結(jié)）。 2011.05.03-2011.05.14：論文修改及定稿、上交畢業(yè)論文定稿。 2011.05.15-2011.05.25：畢業(yè)論文評(píng)閱。2011.05.26-2011.05.30：畢業(yè)論文答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定。</p><p>　　2 雜化電紡實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Orthogonal experimental desig

50、n)是研究多因素多水平的又一種設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是分式析因設(shè)計(jì)的主要方法。是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。例如作一個(gè)三因素三水平的實(shí)驗(yàn)，按全面實(shí)驗(yàn)要求，須進(jìn)行33 = 27種組合的實(shí)驗(yàn)，且尚未考慮每一組合的重復(fù)數(shù)。若按L9(3)正交表安排實(shí)驗(yàn)，只需作9次，按L18(3)正交表進(jìn)行18次實(shí)驗(yàn)，顯然大大減少了工作量。因而

51、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在很多領(lǐng)域的研究中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　通過對(duì)二氧化鈦納米纖維纖維的制備，使學(xué)生們對(duì)靜電紡絲法和溶膠-凝膠法制備納米材料有一定的了解。明確靜電紡絲法和溶膠-凝膠法制備納米纖維的工藝要求，加深對(duì)納米技術(shù)和納米材料的了解。</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)

52、容和方法</p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1、有機(jī)/無機(jī)雜化溶膠制備及性能測(cè)試：以H2TiO3為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠方法制備TiO2溶膠，并與聚乙烯醇等高聚物溶液混合雜化，研究原料配比及反應(yīng)條件對(duì)紡絲液性質(zhì)的影響。 2、雜化纖維材料制備：對(duì)上述紡絲液靜電紡絲，探討溶液性質(zhì)及紡絲工藝（接收距離、電壓、輸液速度等）對(duì)纖維成型的作用。 3、

53、材料性能測(cè)試：用現(xiàn)代物理方法（場(chǎng)致發(fā)射掃描電鏡，X射線衍射，傅里葉變換紅外光譜等）對(duì)所得雜化微納米纖維材料進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)與性能分析。</p><p>　　2.2.2 溶膠-凝膠法制備二氧化鈦納米顆粒</p><p>　　1、5gH2TiO3加入100ml去離子水，連續(xù)攪拌獲得均勻懸浮液，攪拌1小時(shí)；</p><p>　　2、稀氨水（30wt%）調(diào)PH值至9以上，連續(xù)

54、攪拌3小時(shí)；</p><p>　　3、過濾固體物質(zhì)（要很慢），用去離子水沖洗（清洗五次以上）；</p><p>　　4、將過濾的固體與去離子水混合，用10%（v/v）稀硝酸調(diào)PH值至1-2，室溫下連續(xù)攪拌4小時(shí)，然后邊攪拌邊加熱至溫度在80-90°C之間，懸浮液使溶膠化30小時(shí)以上，獲得銳鈦礦型水溶膠；</p><p>　　5、配150ml 15%PVA去

55、離子水溶液，攪拌下將TiO2溶膠緩慢加入PVA溶液加熱攪拌2h。</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)方案的技術(shù)路線</p><p>　　二氧化鈦納米纖維溶液的配置方案采用溶膠-凝膠法，因?yàn)榇朔桨钢挥型ㄟ^實(shí)驗(yàn)才能得出一個(gè)更科學(xué)、更理性的研究結(jié)論，而方案的核心技術(shù)也恰恰體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，如表1和表2所示即為本方案的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，該表將為本方案研究的有序性和科學(xué)性提供保證。</p

56、><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　表2</b></p><p>　　3 納米纖維的制備及其形貌分析</p><p>　　3.1 主要原料與儀器</p><p>　　3.1.1 主要原料</p><p>　　聚乙烯醇 ( p

57、olyvinyl alcohol)，簡(jiǎn)稱 PVA；偏鈦酸（H2TiO3）；乙醇；稀硝酸；稀氨水</p><p>　　3.1.2 主要儀器</p><p>　　電熱恒溫真空干燥箱 GZX-9070MBE型 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司</p><p>　　數(shù)顯控溫磁力攪拌器 HJ-1型 金壇市希望科研儀器有限

58、公司</p><p>　　直流高壓發(fā)生器 JG-50-1型 上海申發(fā)檢測(cè)儀器廠</p><p>　　場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡 XL 30 上海麥森醫(yī)療科技有限公司</p><p>　　3.2 自制的靜電紡絲機(jī)裝置</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用自制的靜電紡絲裝置工藝

59、如圖2所示。取一定量配制好的溶液進(jìn)行靜電紡絲。用接地的鋁箔作為接收屏，實(shí)驗(yàn)過程中將接收屏接地。注射器針頭磨成圓柱形毛細(xì)管。實(shí)驗(yàn)中，毛細(xì)管與接收屏之間的距離稱為接收距離，可以調(diào)節(jié)。將高壓靜電發(fā)生器電極與金屬毛細(xì)管相連，打開注射泵，并給注射泵施加一定的壓力。在注射器針頭下剛好產(chǎn)生液滴時(shí)，打開脈沖式高壓靜電發(fā)生器電源，調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn)。紡絲時(shí)的纖維形態(tài)用肉眼看來如圖3（實(shí)物圖）所示。在接受屏上放置固定干凈的鋁箔或者油面紙張，先將注射器

60、的流量設(shè)定在適宜的值，一般0.5ml/h為宜，然后調(diào)節(jié)紡絲電壓，直至注射器針頭處形成持續(xù)穩(wěn)定的纖維流。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將金屬毛細(xì)管和接收屏接地，釋放剩余電荷，然后將接收屏上的鋁箔揭下即為靜電紡纖維。</p><p>　　圖 2 靜電紡絲工藝簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖 3 靜電紡實(shí)物圖</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</b></p

61、><p>　　根據(jù)相關(guān)資料及實(shí)驗(yàn)可知，影響纖維直徑與形態(tài)的工藝參數(shù)主要有：溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電壓、針孔孔徑、施加壓力、接收距離、溶液中含鹽量等6個(gè)因素，實(shí)驗(yàn)過程中由于設(shè)備條件的限制，施加的壓力是不變的，因此我們主要通過控制這其中某些可控的工藝參數(shù)以紡成不同條件下的聚乙烯醇二氧化鈦納米纖維，通過XL30場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡來觀測(cè)纖維的直徑及形貌，從而研究如何得到比較好的納米纖維。</p><p>

62、;　　纖維直徑采用XL30場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡中的測(cè)量直徑的軟件，測(cè)量場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡圖中50根清晰的纖維的直徑，計(jì)算平均值。離散度是指標(biāo)準(zhǔn)差，按照公式(1)計(jì)算得出：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　其中為第i根納米纖維的直徑</p><p>　　為50根納米纖維直徑的平均值</p>

63、<p><b>　　的直為50</b></p><p>　　表3為不同工藝參數(shù)下的纖維平均直徑</p><p>　　由表3可知，由不同的溶液或同一溶液在不同加工條件下電紡絲得到的產(chǎn)品，形態(tài)的差別很</p><p>　　大，下面對(duì)各種影響因素作具體分析。</p><p>　　3.3.1 溶液濃度的影響</

64、p><p>　　當(dāng)PVA溶液的濃度改變時(shí)，電紡纖維產(chǎn)品的形態(tài)變化很大。也就是說，濃度或相應(yīng)的粘度是控制纖維形態(tài)最有效的參數(shù)之一。不同濃度的PVA溶液所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)粘度值列于表4。</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　圖4 (a)、(b)和(c)分別為電壓12kV、C-SD15cm，濃度分別為6wt％、8wt％和10wt％的靜

65、電紡PVA纖維在XL30場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡的SEM照片。由圖可見，濃度為8wt％時(shí)，所得到的靜電紡PVA纖維的效果最好；濃度為6wt％時(shí)，由于此時(shí)濃度較稀，所得到的纖維中有許多珠狀物；而濃度為10wt％的PVA溶液的可紡性較差，所紡的靜電紡PVA纖維粗細(xì)差異大，且纖維的斷斷續(xù)續(xù)，紡絲過程不穩(wěn)定。這是出于紡絲液的濃度高時(shí)，黏度大，從而靜電力拉伸液滴時(shí)所要克服表面張力大，射流被拉伸和分裂的效果差。通過不斷實(shí)驗(yàn)和比較，筆者發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中所用

66、的此種PVA溶液在8wt％～10wt％的濃度范圍內(nèi)，才能紡制得到較連續(xù)均勻的靜電紡PVA纖維，且紡絲過程穩(wěn)定。</p><p>　　(a)6wt％ (b)8wt％ (C)10wt％</p><p>　　圖4 不同濃度的靜電紡PVA纖維的SEM照片(電壓12kV、C-SD15cm)</p>&l

67、t;p>　　實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PVA溶液的濃度低4wt％時(shí)，液滴將直接滴落，無法得到噴射流，即不能進(jìn)行電紡絲加工。而在4 wt％的溶液的電紡絲過程中，在紡絲的同時(shí)也伴隨有少量的較大液滴噴灑滴落現(xiàn)象。利用SEM觀察產(chǎn)品形態(tài)時(shí)，4 wt％溶液的電紡纖維樣品選擇沒有噴灑到液滴的部分進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)得到的產(chǎn)品是單一纖維形態(tài)。當(dāng)濃度更高時(shí)，電紡絲過程中已觀察不到噴灑現(xiàn)象，而產(chǎn)品形態(tài)也為單一的纖維結(jié)構(gòu)。</p><p>　　

68、圖5為不同濃度的靜電紡PVA纖維在電壓12kV、C-SD15cm的直徑</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　由表3可看出，隨著PVA溶液濃度的增大，纖維平均直徑也越來越大。原因在于隨著聚合物溶液濃度的增大，溶劑完全揮發(fā)后固化的聚合物較多，因而纖維直徑也較大。上所述，溶液濃度或相對(duì)應(yīng)的粘度是控制PVA電紡纖維產(chǎn)品形態(tài)的決定性因素。得到單一纖維產(chǎn)

69、品，溶液粘度應(yīng)大于一定值，使電紡絲過程完全由震蕩不穩(wěn)性控制。為得到較細(xì)的纖維，溶液濃度應(yīng)盡可能小。</p><p>　　3.3.2 加工電壓的影響 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)中觀察到，對(duì)于同樣的PVA溶液，當(dāng)加工電壓越大時(shí)，溶液減少同樣體積所需的時(shí)間越短，即電紡絲的時(shí)間越快。是由于電場(chǎng)力增大的緣故。同樣，電壓增大時(shí)，在震蕩不穩(wěn)性所引致的高速無規(guī)震蕩中，噴射流所受的拉伸力也越大；但由于電紡絲

70、的速度的增大，噴射流所受的拉伸時(shí)間也相應(yīng)縮短了。拉伸力的增大有利于纖維直徑的減小，而拉伸時(shí)間的縮短則對(duì)纖維直徑的減小不利。在電紡絲過程中，前者的作用更為明顯。因此，隨著電壓的增大，電紡纖維的平均直徑有所下降，但下降并不是很明顯。此外，在實(shí)驗(yàn)中還觀察到，當(dāng)電壓較大時(shí)(20kV)，部分較粗的電紡纖維受到了破壞，出現(xiàn)表面斷裂等現(xiàn)象。而較細(xì)的纖維則沒有這種現(xiàn)象。這可能是由于溶液濃度并不是很均勻，在溶液濃度較大的部分，溶劑揮發(fā)較快，纖維固化后仍受

71、到較強(qiáng)的電場(chǎng)拉伸力作用。因此，電壓的增大可使PVA電紡纖維的直徑略為減小，但電場(chǎng)力太強(qiáng)時(shí)，可能使纖維受到破壞。</p><p>　　圖6 (a)、(b)和(c)為C-SD15cm、濃度8wt％的條件下，電壓分別為12kV、14kV和16kV時(shí)，靜電紡PVA纖維在XL30場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀測(cè)下的SEM照片。圖6中的靜電紡PVA纖維中未出現(xiàn)珠狀物，這是由于濃度8wt％的PVA紡絲液中的水份減少，紡絲液液滴在可

72、被充分拉伸的過程中，水分能較快揮發(fā)，最后紡絲液液滴被分成的細(xì)流簇在接收屏上干燥固化，形成靜電紡PVA纖維。</p><p>　　(a)12kV (b)14kV (c)16kV</p><p>　　圖6 不同電壓下靜電紡PVA纖維的SEM照片(C-SD15cm、濃度8wt％)</p><p&g

73、t;　　圖7 為在C-SD15cm、濃度8wt％的條件下，電壓分別是12kV、14kV和16kV時(shí)的纖維的直徑分布。在12kV的電壓下，纖維的直徑在151~200nm范圍內(nèi)的分布較多，平均直徑為195nm。隨著電壓的增大，電壓為16kV時(shí)的纖維的直徑在151~200nm范圍內(nèi)的分布逐漸下降，在201~250nm范圍內(nèi)的分布在逐漸增加，纖維的平均直徑分別為236nm，有增大的趨勢(shì)。當(dāng)電壓再增高16kV時(shí)，所得的靜電紡PVA纖維的直徑在15

74、1~200nm內(nèi)的分布較電壓為12kV的纖維的多，纖維的平均直徑也有所下降。</p><p>　　可見，從電壓為12kV增加到14kV的過程中，得到的靜電紡PVA纖維的直徑在增加。而后纖維的直徑開始下降。這一規(guī)律與在C-SD10cm、濃度6wt％的條件下，得到的電壓與纖維直徑的關(guān)系是一致的。</p><p>　　圖7 是在C-SD15nm、濃度8wt％的條件下紡得的靜電紡PVA纖維的直徑變

75、化較在C-SD10cm、濃度6wt％的條件下紡得的纖維的大。</p><p>　　圖7不同電壓下靜電紡PVA纖維的直徑分布(C-SD15cm、濃度8wt％)</p><p>　　3.3.3 接收距離的影響 </p><p>　　由于電場(chǎng)強(qiáng)度等于電勢(shì)差與接收距離之比，接收距離也會(huì)影響電場(chǎng)強(qiáng)度，從而影響電紡纖維的產(chǎn)品形態(tài)，且其影響應(yīng)與電壓的變化相反。由表3可知，當(dāng)電紡

76、絲時(shí)的接收距離從15 cm增大至20 cm時(shí)，PVA電紡纖維的平均直徑略有增大，與電壓的影響相同的是，其變化幅度并不是很大。接收距離的變化除了引起電場(chǎng)強(qiáng)度的變化之外，對(duì)產(chǎn)品形態(tài)還有著更為重要的影響。當(dāng)接收距離太小時(shí)，噴射流到達(dá)收集裝置之前，溶劑未能完全揮發(fā)，殘留的溶劑可能會(huì)將纖維重新溶解粘連，這種現(xiàn)象較嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)品無法維持纖維的結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，由于殘留溶劑使纖維重新溶解，纖維的結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到了破壞。但當(dāng)接收距離適宜時(shí)，少量溶劑的殘留使纖維

77、之間的交接點(diǎn)粘連，則有利于改善纖維網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高其強(qiáng)度。因此，加工電紡纖維產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)維持接收距離不小于一定值，在此前提下使接收距離盡量小，這樣可以使得到的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。</p><p>　　圖8中為在電壓16kV、濃度6wt％的條件下，C-SD分別是10cm、15cm和20cm的靜電紡PVA纖維的直徑分布。</p><p>　　圖8 不同C-SD的靜電紡PVA纖維的直徑分布(電壓16k

78、V、濃度6wt％)</p><p>　　3.3.4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響</p><p>　　利用測(cè)量直徑的軟件，測(cè)量圖中50根清晰的纖維的直徑，計(jì)算其平均值，并按照公式（1）計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差，見表5（不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下靜電紡絲PVA納米纖維直徑及離散度）。</p><p><b>　　表5</b></p><p><b>　

79、　質(zhì)量百分?jǐn)?shù)</b></p><p>　　圖9 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下靜電紡PVA納米纖維直徑</p><p>　　從圖9可以看出，在其他條件不變的前提下，隨著高聚物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維直徑也逐漸增加，纖維直徑的離散度也逐漸增大，特別是當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于12％時(shí)，纖維直徑及標(biāo)準(zhǔn)偏差急劇增大。主要原因是，隨著溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，溶液的粘度也逐漸增加，使液體的粘滯阻力也變大，在靜電紡絲過程

80、中需要克服的阻力也變大，從而較難形成較小細(xì)度的纖維。在實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到，當(dāng)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，由于阻力太大較難紡出纖維，并且纖維上的溶劑揮發(fā)不完全，還沒有到達(dá)收集板時(shí)就丌始互相粘結(jié)，有時(shí)甚至在噴絲孔下端就形成粘結(jié)的團(tuán)狀物。</p><p>　　高聚物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)低時(shí)紡制的纖維直徑小。但是質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不是越低越好。當(dāng)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)特別低的時(shí)候(接近1％)，溶液中含有大量的溶劑，在從噴絲孔到接受器的距離中，不能得到徹底

81、的揮發(fā)，使獲得的纖維表面有大量的未揮發(fā)溶劑，影響纖維性能。所以在質(zhì)量分?jǐn)?shù)不是特別低的情況下我們發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低紡出的纖維細(xì)度越細(xì)離散度越小。</p><p><b>　　3.4 結(jié)論</b></p><p>　　本部分采用靜電紡絲技術(shù)制備PVA二氧化鈦微納米纖維材料，研究了不同紡絲條件對(duì)纖維絲直徑和形貌影響，并對(duì)其形貌和直徑進(jìn)行了詳細(xì)的分析，現(xiàn)得到如下結(jié)論：<

82、/p><p>　　（1）溶液的濃度對(duì)溶液直徑影響很大，隨著濃度增加，纖維絲直徑及離散度均增大。</p><p>　?。?）電壓對(duì)纖維直徑和形貌都有影響，只有在合適的范圍才可以得到形貌理想的纖維，隨電壓增加纖維平均直徑變化是是先減小后增大。</p><p>　?。?）接收距離對(duì)直徑大小有影響，接收距離越大平均直徑越小。</p><p><b&

83、gt;　?。?）</b></p><p><b>　　4總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　4.1 總結(jié)</b></p><p>　　4.1.1 靜電紡絲技術(shù)存在的幾個(gè)問題</p><p>　　目前，電紡絲技術(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段主要存在以下幾個(gè)基本問題：</p>

84、;<p>　?。?）電紡絲技術(shù)產(chǎn)量極低，其典型的制備能力為(1mg~lg) /h，對(duì)其技術(shù)的應(yīng)用還需加以改進(jìn)。</p><p>　?。?）電紡絲所得纖維結(jié)構(gòu)單一，現(xiàn)有工藝只能得到類似無紡布的纖維，而無法得到彼此分離的納米纖維，不能很好的使纖維排列一致。</p><p>　?。?）由于紡絲工藝缺乏拉伸過程，高聚物大分子取向發(fā)展不完善，所得纖維不經(jīng)熱定型等后處理時(shí)強(qiáng)度極低。<

85、;/p><p>　?。?）對(duì)電紡絲工藝還沒有明確的指導(dǎo)理論，使得紡絲過程也很難有重復(fù)性，而且工藝流程過于復(fù)雜且所用儀器缺乏規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4.1.2 不同參數(shù)對(duì)PVA二氧化鈦纖維直徑及形貌的影響</p><p>　?。?）由于濃度增加后，靜電力拉伸液滴時(shí)所要克服表面張力變大，很難分裂成更多更細(xì)的細(xì)流，另一方面細(xì)流里的溶質(zhì)增加，最終使靜電紡TiO2納米

86、纖維的直徑隨著溶液濃度的增大而增大。</p><p>　　（2）TiO2納米纖維的直徑隨電壓的增大，直徑先增大到一個(gè)最高值，之后又逐漸減小，并且靜電電壓過大或者過小都會(huì)導(dǎo)致纖維出現(xiàn)珠狀物。</p><p>　?。?）TiO2納米纖維的直徑隨著噴絲口與接收屏之間的距離的增加而增加，是因?yàn)殡S著噴絲口與接收屏之間的距離的增加，電場(chǎng)強(qiáng)度下降，靜電力減小，這導(dǎo)致射流噴出的加速度較小，細(xì)流逐級(jí)分裂的次

87、數(shù)減少，因此纖維的直徑增加。另外當(dāng)噴絲口與接收屏之間的距離較小，纖維中會(huì)出現(xiàn)珠狀物。</p><p>　　(4) TiO2納米纖維直徑隨PVA含量的增加而增大，并且增加紡絲液質(zhì)量分?jǐn)?shù)或增加PVA的含量，TiO2納米纖維中的串珠現(xiàn)象逐漸消失。</p><p>　?。?）隨著高聚物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，TiO2納米纖維直徑也逐漸增加，纖維直徑的離散度也逐漸增大，當(dāng)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，由于阻力太大

88、較難紡出纖維，有時(shí)甚至在噴絲孔下端就形成粘結(jié)的團(tuán)狀物。</p><p>　?。?） 隨著電壓增加TiO2納米纖維直徑減小，形貌變好，減小到某一值后纖維直徑又變大。當(dāng)電壓適度時(shí)，電荷密度的差異表現(xiàn)得不明顯，所以纖維的直徑比較均勻。</p><p><b>　　4.2 展望</b></p><p>　　本文在制備二氧化鈦納米纖維方面取得了一些成果

89、，但由于時(shí)間和設(shè)備的限制，本人認(rèn)為本課題還有以下面有待改進(jìn)：</p><p>　　（1）通過各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)更加微小的變化，測(cè)量更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來更加客觀及細(xì)化各種參數(shù)變化所帶來的對(duì)于靜電紡納米纖維的直徑及形態(tài)的影響。</p><p>　　（2）本課題的實(shí)驗(yàn)方法過于復(fù)雜和耗時(shí)，建議可以選取所得效果相近但相對(duì)節(jié)省時(shí)間是的操作方法。</p><p>　　（3）在通過實(shí)驗(yàn)得出

90、各種參數(shù)變化對(duì)與纖維直徑及形貌影響后，如果有足夠的時(shí)間，可以通過綜合的分析，確定靜電紡TiO2納米纖維最優(yōu)工藝參數(shù)的綜合條件。</p><p>　　靜電紡絲作為一種簡(jiǎn)便高效的可生產(chǎn)納米纖維的新型加工技術(shù)，由其制備納米纖維所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使其將在功能材料領(lǐng)域大有作為。在各個(gè)領(lǐng)域的使用已經(jīng)越來越廣泛，并且已經(jīng)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)材料、保護(hù)性服裝材料和過濾材料等很多領(lǐng)域。另外，通過靜電紡紡出納米纖維，利用納米纖維材料的特殊

91、功能開發(fā)了一些多功能、高附加值的功能性紡織品。相信靜電紡絲將會(huì)成為一種越來越重要的科學(xué)，并且成為人們未來研究的熱點(diǎn)之一。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]馬海紅，史鐵鈞．PVA/SiO2-TiO2雜化電紡纖維膜的形態(tài)與性能[J]．高等

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