多孔聚乳酸纳米纤维的制备和性能研究

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海洋以及河道上的石油泄漏,对动植物,人类以及整个生态环境都造成了很大的伤害,因此吸油材料的研究具有重要意义。现有的吸油材料大多都无法自然降解,聚乳酸由于其良好的生物降解性在吸油领域得到了众多研究者的青睐,但聚乳酸材料本身具有一定的亲水性,用静电纺丝法对聚乳酸进行超疏水改性处理可以增强其吸油性能,除此以外,与现有的大多数微米级吸油材料相比,静电纺丝法制备的多孔聚乳酸纳米纤维膜还有原料简单,成本较低,操作方便,并且成膜快,孔隙率高等优势。本文通过静电纺丝法制备了多孔聚乳酸纳米纤维膜,并对制备样品进行各项基本性能及吸油性能的测试,具体如下:(1)利用静电纺丝法制备了聚乳酸(PLLA)纳米纤维膜,探索了PLLA的溶液浓度,良性溶剂DCM和非良性溶剂DMF的体积比,以及电场强度和电压、接收距离的大小对纤维形貌和直径分布的影响。实验结果表明:纺丝液中PLLA的浓度为17%时是最佳浓度,两种溶剂最佳比例时DCM/DMF=8:2时,在电场强度(纺丝电压:接收距离)为1.0时,其中纺丝电压为16 k V,接收距离为16 cm时为最佳电场强度和最优的电压以及接收距离参数。(2)通过静电纺丝制备了PLLA纳米纤维膜,再将制备好的纤维膜浸泡在丙酮溶液中进行不同时间的后处理。并对丙酮处理前后的纤维膜进行表面形貌、红外光谱、力学性能、孔径和BET、润湿性能和吸油性能等进行测试和分析,探讨了丙酮处理及其处理时长对纤维膜各项性能的影响。得到以下结论:丙酮处理可以增大纤维表面的孔结构;丙酮处理对聚乳酸官能团没有影响;随着丙酮处理时间的增长,纤维膜的力学性能逐渐及变差;丙酮处理后纤维膜整体的平均孔径渐渐变小,孔径分布逐渐集中;纤维膜的比表面积经丙酮处理后大幅增大,单根纤维上的孔面积明显增大;经丙酮处理后,纤维膜的水接触角范围在130°~150°之间;聚乳酸多孔纳米纤维膜本身具有较好的吸油性能,时间合适的丙酮处理可以将纤维膜的吸油倍率提升至少一倍,处理5min可使纤维膜的各项性能均达到最好的状态。(3)通过静电纺丝制备了添加活性剂F-127的PLLA纳米纤维膜,再将制备好的纤维膜利用不同浓度的碳酸氢铵水溶液进行膨胀处理。对膨胀后得到的纳米纤维海绵进行表面形貌、红外光谱、力学性能、孔径和吸油性能进行测试和分析,探讨了不同浓度的F-127和膨胀时碳酸氢铵浓度对各项性能的影响。结果表明:气体发泡技术可以成功使聚乳酸纳米纤维膜膨胀成为三维纳米纤维海绵,膨胀处理后,纤维膜内部纤维形成多层结构,纤维膜外部由一片二维膜变成三维形态的海绵状;F-127的浓度是0.6%并且膨胀所用的碳酸氢铵水溶液浓度为10%时,膨胀后得到的纳米纤维海绵最厚,并且较厚的膜具有更优秀的吸油性能;发现活性剂F-127的加入或溶解,对PLLA的官能团没有任何影响;纤维膜中F-127含量为0.2%,膨胀用的碳酸氢铵浓度为10%时,膨胀后所得的样品力学性能最好;不同条件下膨胀后的纳米纤维海绵的孔径尽管稍有不同,但总体而言较为集中;当膨胀所用的碳酸氢铵浓度为10%时,纤维膜中F-127的含量为0.6%时膨胀后的样品吸油效果最好,对硅油,大豆油和机油的吸油倍率分别达到了101.73 g/g,83.58 g/g和45.21 g/g,膨胀处理后得到的纳米纤维海绵对三种不同油品的保油效果都很好,均达到了50%以上。
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