含碳碳双键聚氨酯电纺超细纤维膜的表面功能化研究

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电纺是一种简便、低成本制备超细纤维膜的方法。由其制备的超细纤维膜具有比表面积大、表面性能优异(如光电性能)且机械性能良好的优点,在功能材料领域具有广阔的应用前景。然而,大部分的超细纤维膜表面缺乏功能基团,功能化改性能力较弱,这大大降低了其可功能化能力并限制了在功能材料领域的应用。目前常用的表面修饰技术如电子衍射、等离子体、化学氧化等,虽可促进超细纤维膜表面产生功能基团,但这些技术不仅过程复杂,还容易破坏超细纤维的结构形貌、降低超细纤维膜的力学性能。本文通过在材料的合成中引入功能基团,制备出含碳碳双键的聚氨酯材料,并经由电纺技术将其纺制成超细纤维膜,从源头上实施可功能化超细纤维膜的制备,既可有效实现膜材料的功能化,又可避免后处理损伤纤维膜,该方法为未来功能化超细纤维材料制造技术领域建议了优势性的技术途径。  在实验中,首先通过结构设计及工艺控制,以衣康酸和丁二醇(己二醇、或癸二醇)为原料合成了含碳碳双键的聚酯二醇,后经与异佛尔酮二异氰酸酯预聚,再通过丁二醇扩链,得到了三种具有不同碳碳双键含量的聚氨酯材料BTPU、HTPU和DTPU,且双键含量分别为3.60mmol/g、2.22mmol/g和1.94mmol/g。  其次,通过调控聚氨酯硬段含量、溶液浓度、溶剂组成等溶液参数及电源电压、进样速度、接收距离等工艺参数,在电纺中有效实现了对纤维形貌与尺寸的控制,得到形貌均一、尺寸均匀的超细纤维。优选后,采用DMF与THF(3:2,v/v)作溶剂,通过控制其它参数,最终得到BTPU、HTPU和DTPU的超细纤维膜,且三者直径均分布在700nm左右。  再次,利用全氟辛硫醇探究了聚氨酯材料及超细纤维膜可功能化的能力。紫外光照射下,聚氨酯中不仅发生了双键自身的交联反应,也发生了巯基与双键的反应,且两者表现出相同的功能化趋势。双键含量越高,被功能化程度越高;紫外光照时间过长,聚合物中出现C-S键的断裂;因超细纤维比表面积比较大,相比聚氨酯材料,聚氨酯超细纤维膜表现出较高的功能化能力。此外,交联反应的存在,使得改性后纤维膜的稳定性和耐溶剂性都有了很大的提高。  最后,对改性前后纤维膜的亲疏水性变化进行了考察。改性后纤维膜的亲疏水性变化不大,接触角在10°以内变化,这说明纤维膜亲疏水性的变化对后续其在固载催化剂体系中的应用影响不大。
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