电纺纳米纤维的表面原位单步无机纳米粒子的涂覆与应用

来源 :上海理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vlon126
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目前电纺纳米纤维膜的制备越来越方便,且有着超高比表面积的优势。但是它的功能化一直以来都是各种难点,尤其是单步制备功能化纳米纤维膜。本论文采用了几种不同的静电纺丝技术,包括单纺、同轴电纺、并列电纺,在不损害其基材的成纤结构,分别在电纺纤维膜上附载不同功能组分并研究其应用。其中基材依次采用过羟丙甲纤维素(HPMC)、聚丙烯腈(PAN)、和聚偏氟乙烯(PVDF),成纤效果良好。黏结剂也分别采用了α-氰基丙烯酸乙酯(商品名502胶水)和环氧树脂(EP),黏结涂覆明显。功能性组分包括阿魏酸(FA)药物,合成的锐钛矿(Ti02)以及基体本身。通过不同组分的共混电纺或者多流体电纺纳米黏结一步法将功能性组分进行附载在纳米纤维膜上,在维持其纳米纤维膜整体性的条件下,根据功能组分可分别将制备的纳米纤维膜应用在不同领域。纳米纤维膜制备研究内容主要包括如下四个方面:(1)探究制备一种可用于阿魏酸(FA)的快速释放的基于羟丙甲基纤维素(HPMC)的亲水复合物(HCs)。含有HPMC、FA、聚乙二醇的溶液分别用静电纺丝和物理混合制备HCs。乙醇在同轴静电纺丝过程中作为鞘液并且探究它的流速对泰勒锥和直线流体喷射。HCs可从形态、组分、亲水性和药物释放速率等特点进行表征。结果表明所有的HCs都是无定形态且组分相容性很好。然而电纺的HCs释放速率比简单混合的HCs快10倍。电纺的HCs纤维直径越小,它表现的释放性能越好。HCs的释放机制也被验证。通过优化改进型同轴静电纺丝过程和药物载体的联用,基于(HPMC)的新型亲水复合物(HCs)可为难溶药物的有效释放另辟蹊径。(2)通过同轴电纺制备出超疏水的PVDF/EP的芯鞘结构纳米纤维,并通过一步法附载在金属马口铁基体上以期达到防腐作用。其中鞘液是EP,可在PVDF和金属基体之间互相形成纳米黏结。SEM结果表明,芯鞘结构的纳米纤维膜被成功制备,且随着EP含量的增加,对纤维线性形态并没有很大影响。TEM,FTIR和EDS分析进一步表明纤维鞘液EP的存在。芯鞘不同流速比的纤维膜涂层的接触角(CA)都很高并且相近,也可能由于鞘液EP含量较少,所以纤维膜接触角还是比较接近单纺的PVDF纳米纤维膜。并且被放大拍摄的十字划痕后的纤维膜表面,可以证明由于黏结剂的存在使得与基体的结合越来越好。并通过EIS测试电化学阻抗,表明制备的金属表面涂层可以在强碱等恶劣环境中稳定存在和保护其基体。最后期望制备的PVDF/EP芯鞘纳米纤维膜涂层可以为疏水有机涂层提供一些新的思路和途径。(3)为了实现涂抹TiO2/502功能液体的PAN纳米纤维膜制备,并应用这些纤维膜进行亚甲基蓝污染水处理应用研究,先通过溶胶凝胶合成法实验室成功制备锐钛矿纳米溶胶,在与EP配制混合纺丝液的过程可以均匀混合。鞘-芯流量比0.25的条件下,应用改进型同轴电纺工艺制备的TiO2/502功能液体涂抹PAN 纳米纤维直径大小均匀、纤维本身分布均匀、纤维与纤维之间的粘连适当,没有块状粘连堵塞孔洞,纤维平均直径及其分布为320±90 nm。所制备的二氧化钛/502涂抹PAN纳米纤维的力学和机械性能获得良好的提高,同时该纤维膜具有良好的润湿性能。并建立了染料亚甲基蓝在蓝的紫外-可见分光光度计建立其定量检测方法。亚甲基蓝的线性标准方程为:A=0.14433C+0.07423(相关系数R=0.9991),线性范围为:1到20 μg/mL。二氧化钛/502涂抹PAN纳米纤维具有良好的光催化降解性能,在自然光条件下放置1小时后,0.2g(折合15.88mg纳米二氧化钛)能够98.73%降解20 mL浓度为2.0 μg/mL的亚甲基蓝溶液,降解能力为24.87μg/mgTiO2,超出二氧化钛粉末本身的7.73 μg/mgTiO2。(4)通过偏芯纺丝头并列电纺成功制备出了 Janus纳米纤维膜附载在平纹棉织物上,其中一股PVDF流体本身可纺,另外一股是EP混杂TiO2流体本身不可纺。由于其喷嘴处两股流体的表面静电排斥和扩大的接触面积,这种偏心纺丝头可以制备出连续精细的纤维。TiO2通过实验室制备,亲水性和紫外屏蔽效果分别用了接触角测试仪和紫外-可见光分光光度仪(UV-Vis)表征。结果表明,锐钛矿被成功合成并且形成均匀纺丝液;附载TiO2的Janus纳米纤维膜也通过偏芯纺丝头被成功制备。随着EP含量的增加,对Janus纳米纤维的线性形态和表面没有太多影响。有的Janus纳米纤维膜接触角高达140°,也进一步显示了黏结剂EP对纤维膜整体性的改善。最终表明超疏水的含TiO2粒子Janus纳米纤维膜附载织物上有着良好的紫外屏蔽效果。
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