论文部分内容阅读
乙基纤维素(EC)是应用最早、最成熟的一种纤维素衍生物,由于其具有良好的生物相容性,非生物可降解性、无毒性以及对环境友好等特点而被广泛应用于药物释放、组织工程和包衣材料等领域。此外,乙基纤维素还具有优良的可塑性,耐有机溶剂,较高的力学性能,耐热性以及耐低温性等优点。多孔乙基纤维素微纳米纤维具有推动纤维素及其衍生物进一步发展的潜在价值。目前,这一领域并没有引起研究人员足够的关注。多孔微纳米纤维具有高比表面积、高吸附性、高表面活性以及高孔隙率等特点,在生物医药、能源、环境和化工等方面表现出巨大的应用潜力。目前,多孔微纳米纤维的主要制备方法有自组装,相分离和静电纺等。在这些方法中,静电纺丝技术是最常用的。然而,静电纺丝的发展受到高电压、溶液具有极性要求和产率低等因素的限制。因此,如何快速制备具有多孔结构的乙基纤维素微纳米纤维是本文的研究重点。离心纺丝技术作为近几年来迅速发展起来的一种制备微纳米纤维的新技术,突破了静电纺中产率过低的限制。目前,通过离心纺丝技术可以将大多数可溶可熔的天然高分子材料、合成高分子材料、陶瓷材料以及蛋白质材料等纺制成微纳米级的纤维。此外,离心纺丝技术还可以纺制出较为蓬松的纤维制品,适合于生物工程。一般来说,含有两个喷丝头的离心纺丝设备其产率约为50g/h,而传统的实验室型静电纺丝设备产率约为0.1-1.0g/h。熔喷法的产率要高出离心纺丝法很多,但是材料必须可熔,且选择性较少。因此,离心纺丝技术在制备微纳米纤维领域更具优势。第二章研究喷丝器转速、针头规格、接收距离、乙基纤维素/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)比例和乙醇/水比例对乙基纤维素可纺性的影响。当喷丝器转速越大,针头规格越大,接收距离越大,EC/PVP比例越低,乙醇/水比例越高时,纤维形貌越光滑,均匀度越高,直径越细。其中,EC和溶剂含水量对EC成纤影响较大而设备参数影响较小,PVP在提高EC可纺性上起着重要作用。本章制备乙基纤维素微纳米纤维的最佳纺丝工艺:喷丝器转速为4000rpm,针头规格为30G,接收距离为12cm,EC/PVP比例为80%/20%,乙醇/水比例为90%/10%。纤维平均直径为2μm左右。第三章研究原料配比和纺丝方法对纤维形貌的影响,分析离心纺EC/PVP纤维出现多孔结构的原因。通过对纤维成形过程进行模拟,分析离心纺EC/PVP纤维与静电纺EC/PVP纤维形貌差异产生的原因。本章实验主要利用扫描电子显微镜、透射式电子显微镜、旋转流变仪、氮气吸附法和视频接触角张力仪等测试分析方法,分析多孔EC/PVP微纳米纤维的形貌和性能。研究证明:当EC含量为85-95%,水含量为25-35%时,通过离心纺丝技术可以迅速纺制出平均直径在6.73μm左右的通体多孔EC/PVP纤维。第四章研究离心纺丝法、静电纺丝法和静电离心纺丝法对纤维的形貌、内部结构、热稳定性、比表面积和纤维膜疏水性能的影响。研究证明:在最佳纺丝工艺下,纺丝方法对纤维形貌的影响较小,静电离心纺纤维直径是静电纺纤维直径的2倍左右,离心纺纤维直径是静电纺纤维直径的3倍左右;纺丝方法对纤维内分子结构几乎没有影响,但是对结晶结构影响较大;EC纺制成纤维后,热降解温度提高了20-30℃;离心纺纤维的比表面积是静电纺纤维的10倍左右,静电离心纺纤维的比表面积是静电纺纤维的5倍左右;三种纺丝方法制备的纤维膜均具有疏水性,在较低的喷丝器转速和电压下,离心纺纤维膜的接触角测量值最大,静电离心纺纤维膜次之,静电纺纤维膜最小。