环氧化SBS及其衍生物电纺纤维的制备与性能研究

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弹性电纺纤维由于玻璃化温度低、柔顺性好、直径小、表面积大,在吸附、过滤、组织工程、传感器方面具有良好的应用前景。制备表面具有可反应基团的弹性纳米纤维,具有一定的理论意义和实际意义。到目前为止,尚未见到带有可反应基团、作为吸附材料的的弹性纳米纤维的报道。本课题结合静电纺丝技术和化学改性技术,研究环氧化SBS及其衍生物电纺纤维的制备与性能。论文研究成果将为发展高性能吸附材料提供技术积累。本论文主要完成了以下几方面的工作:(1)ESBS及其衍生物的制备利用PEG-600为相转移催化剂,加入甲酸和过氧化氢对SBS进行过氧化反应,制备了具有环氧基团的ESBS.考察了PEG-600的用量、甲酸和过氧化氢的用量、反应时间及反应温度对环氧化的影响。实验结果表明:SBS/甲苯溶液的浓度为100g/L,以m(H202)/m(SBS)=30%的比例加入H202,以n(HCOOH):n(H202)=1:1的比例加入HCOOH,加入PEG-600的量为m(PEG-600):m(ESBS)=1%,在70℃下反应2小时,利用盐酸-丙酮法测得其环氧值为为0.362并用红外光谱对环氧基进行了表征。利用柠檬氢二钠和植酸钠盐对ESBS进行改性,通过讨论反应温度、反应时间、反应pH对改性效果的影响。实验结果表明:用甲苯作溶剂,浓度为120g/L,n(柠檬酸二氢钠)/n(ESBS)=1.2, m(TEAB)/m(ESBS)=5%,m(柠檬酸钠):m(柠檬酸氢二钠)=0.8,75℃下恒温搅拌6小时,环氧基开环率可达到13.3%,吸水率为21.6%,乳化体积为22.4;甲苯溶液浓度为12g/dL,加入n(植酸钠盐)/n(ESBS)=1.2, m(TEAB)/m(ESBS)=5%,75℃下恒温搅拌6小时,环氧基开环率可达到10.8%,平均乳化体积为20.5。(2)ESBS及其衍生物电纺纤维的制备通过表面张力仪、黏度仪和电导率仪对ESBS的纺丝液进行测定,找出最佳的溶剂配比及合适的溶液浓度,使用SEM对不同工艺条件下得到的纤维进行形貌及细度表征,得到最佳的纺丝工艺,从而完成纳米级纤维的制备。实验结果表明:以THF/DMF(质量比=3:1)为纺丝溶剂,ESBS纺丝液浓度为10%,外加电压为23KV,接收距离28cm,得到平均直径为302nm的ESBS弹性纤维;以THF/DMF(质量比=3:1)为纺丝溶剂,柠檬酸氢二钠改性的ESBS的纺丝液浓度为8%,外加电压为23KV,接收距离28cm,得到平均直径为206nm的弹性纤维;以THF/DMF(质量比=3:1)为纺丝溶剂,植酸钠盐改性的ESBS的纺丝液浓度为8%,外加电压为23KV,接收距离28cm,得到平均直径为193nm的弹性纤维;(3)ESBS衍生物电纺纤维吸附性能的研究使用紫外分光光度计研究柠檬酸氢二钠改性的ESBS纤维膜对亚甲基蓝溶液的吸附效果;利用EDTA滴定法分析植酸钠盐改性的ESBS电纺纤维膜对镍离子的吸附作用。实验结果表明:柠檬酸氢二钠改性的ESBS电纺纤维膜对亚甲基蓝的吸附过程包括了物理和化学吸附,在50℃下,对浓度为12mg/L、pH=8的亚甲基蓝溶液在45min时达到吸附平衡状态,吸附量为2.385mg/g,其吸附量高于柠檬酸氢二钠改性的ESBS浇铸膜和ESBS纤维膜;在20℃下植酸钠盐改性的ESBS纤维膜对pH=7.5的镍离子的吸附在40min达到平衡,对镍离子的吸附量为424mg/g,其吸附过程包括了物理和化学吸附,对镍离子的吸附量,随着温度的升高而降低,并且植酸钠盐改性的ESBS纤维膜对镍离子的吸附比未纺成膜的原料效果要好,亦高于ESBS纤维膜。
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