交联聚酯基静电纺纤维的制备及性能表征

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静电纺丝是一种简单、实用而又有效的生产纳米或亚微米级纤维的技术。如今,电纺纤维的应用越来越广泛,主要包括:超细过滤材料、多孔膜、防护涂层、纳米催化、血管支架材料和组织工程材料等等。然而现在的电纺纤维也普遍存在着化学溶剂稳定性差、热稳定性差和强度差等缺陷,这些都极大的限制了它们的应用,特别是在某些较为苛刻的使用环境下的应用。针对上述问题,许多物理的和化学的改性方法被用来弥补电纺纤维的缺陷,改善它们的性能。在众多方法之中,化学交联法是极为有效的一种。通过化学交联,可以使纤维内部的分子形成不熔不溶的三维网络结构,使它们在化学溶剂中通常只发生溶胀而并非溶解,同样的,交联也能使纤维能在分解温度以下的温度范围内保持较好的形状和稳定性,这样就大大扩宽了纤维的应用范围。本课题选用不饱和聚酯宏单体,一种非常通用而又易于交联的材料,来作为主要的研究对象。首先合成了一种全新的改性不饱和聚酯宏单体(HIPIH),然后将其通过静电成型技术纺制成超细纤维,最后将其交联起来,得到一种交联的不饱和聚酯宏单体超细纤维,这种纤维在超细过滤材料和防护涂层中有着潜在的应用。改性不饱和聚酯宏单体(HIPIH)由聚己二酸异丁二酯(PMPA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)等为原料,通过一个两步的接枝反应合成得到。通过对投料配比、反应温度、反应时间、催化剂用量等参数的研究,确定了最佳的反应条件,并用红外光谱和核磁共振光谱对大单体的结构进行了表征。表征结果显示:通过上述方法成功制备出两端带有双键的,官能度为4的改性不饱和聚酯宏单体。这种宏单体(HIPIH)的分子量太低,不能直接静电成型,通过添加另一种高分子量的脂肪族聚酯——羟基丁酸酯和羟基戊酸酯共聚物(PHBV)与HIPIH进行共混静电纺丝,成功纺制出HIPIH/PHBV共混电纺纤维。通过扫描电子显微镜(SEM)对不同纺丝条件下所得纤维的形貌和直径进行观察,详细研究了PHBV的用量、纺丝溶液的浓度、粘度、电导率、外加电压、挤出速率等参数对电纺纤维形态和直径的影响,确定了最佳的纺丝参数和纺丝条件。采用两种不同的化学交联方式——热交联和紫外交联对HIPIH/PHBV电纺纤维进行了交联。讨论了交联方式、交联时间、交联温度等因素对交联程度和交联后纤维结构和形貌的影响,确定了最佳的交联反应条件。并用溶液成膜法制膜作为电纺纤维的对照,比较和讨论了液相交联和固相交联对交联程度的影响。研究了HIPIH/PHBV电纺纤维的化学溶剂稳定性和热稳定性,用SEM观察了纤维膜在溶剂中浸泡后的形貌。研究结果表明:在最佳交联反应条件下所得的纤维在丙酮中具有很好稳定性,没有观察到纤维变形、断裂和粘连,纤维膜的整体结构也保持的较好。在二氯甲烷中交联纤维也有较好的稳定性,但总体来说不如在丙酮中的。纤维的亦有不错的热稳定性,其中交联HIPIH组分的分解温度达到340℃左右。对HIPIH/PHBV电纺纤维的溶胀行为和表面性质也作了研究,并用溶液成膜法制膜作了对照。研究结果表明,纤维与溶液膜有着一样的溶胀行为,但是溶胀率要比溶液膜更高,这些都受到HIPIH和PHBV之间的质量比的影响。HIPIH/PHBV电纺纤维膜比溶液膜有更强的疏水性,这主要与电纺纤维膜的结构有关,通过对纺丝参数的适当控制有可能得到超疏水性的HIPIH/PHBV电纺纤维膜。
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