尼龙电纺纤维的制备及其应用研究

论文摘要

目前化学纤维主要应用于常规纺织品、工程织物和增强材料等。纤维材料的直径范围多为5-50μm。近年来,纤维的超细化是纤维材料科学的一个重要发展方向。静电纺丝法可以制备出直径为数十纳米至1μm左右（一般为50～500nm）纤维。由电纺纤维形成的无纺布具有较高比表面积、表面多孔性和质量轻等特性,在过滤器、组织工程支架、生物工程、临床医学、超敏传感器等方面具有巨大的应用价值。尼龙6纤维断裂强度高、耐冲击性能好,且耐磨性能优于其他普通的合成纤维,是合成纤维的主要品种之一。采用静电纺丝技术制备的尼龙6纳米纤维无纺布,具有纤维直径小、比表面积大、孔隙率高等特点,在吸附、防护、过滤、组织工程、复合材料基体等方面将具有良好的应用前景。本论文主要研究尼龙6电纺纤维的制备及其应用。首先探讨了混合溶剂对尼龙6电纺纤维形貌的影响,在此基础上,研究了纺丝温度对电纺纤维的可纺性及其纤维形貌的影响。此外,探讨了金属盐和尼龙6的相互作用及其对电纺纤维的影响,并确定二者的相互作用机理。最后,制备了负载凹凸棒土粉体的尼龙6电纺纤维,研究其对重金属离子Cd2+的吸附性能。本论文的主要研究内容如下:1.研究了混合溶剂和温度对电纺尼龙6纤维形貌的影响。在尼龙6/甲酸/二氯甲烷溶液体系中,甲酸是尼龙6的良溶剂,而二氯甲烷是尼龙6的非溶剂。研究发现,相对于甲酸溶剂,尼龙6可以更快速地溶解在甲酸/二氯甲烷混合溶剂中;而且二氯甲烷的引入改变了纺丝溶液的性质如电导率、表面张力和溶液粘度。调节混合溶剂中二氯甲烷和甲酸的组成,可控制尼龙6电纺纤维的可纺性以及形貌和尺寸。最后,研究了温度的改变对尼龙6电纺纤维的可纺性以及形貌的影响。2.研究了氯化钙与尼龙6的相互作用及其对尼龙6纤维性能的影响。首先研究CaCl2和尼龙6的相互作用,及对其结晶性能的影响。FTIR、DSC及XRD研究表明,尼龙6中加入CaCl2后,受两者相互作用的影响,样品的熔点、结晶温度与结晶度均明显下降,当CaCl2含量增加至6%时,样品转变为无定形态。在偏光显微镜下观察样品,发现随CaCl2含量增加,其结晶性能确实发生了变化。其次探讨了CaCl2的加入,对纺丝溶液的性质（包括溶液的粘度、电导率和表面张力）和尼龙6电纺纤维的可纺性以及形貌的影响。最后,尼龙6和CaCl2经熔融共混后,进行熔融纺丝,测试尼龙6熔纺纤维机械性能,进一步证明CaCl2和尼龙6分子的相互作用机理。3.在超声振荡条件下,将硅烷偶联剂处理后凹凸棒土纳米粉体颗粒附着在尼龙6电纺纤维的表面,制成“纳米吸附剂”NY6/ATP。着重探讨负载凹土棒土纳米颗粒的尼龙6无纺布在不同条件下,对溶液中重金属离子Cd2+离子的吸附性能。分析了吸附剂NY6/ATP与Cd2+离子溶液的接触时间、初始离子溶液的pH值以及初始离子溶液浓度对Cd2+离子吸附性能的影响。从吸附动力学和吸附等温热力学探讨了吸附剂对Cd2+离子的吸附机理。最后,比较了吸附剂NY6/ATP和ATP粉体在相同实验条件下对Cd2+的吸附性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 静电纺丝
• 1.2.1 静电纺丝原理
• 1.2.2 静电纺丝装置
• 1.2.3 静电纺丝过程的影响因素
• 1.2.3.1 纺丝液浓度对电纺纤维的影响
• 1.2.3.2 纺丝电压对电纺纤维的影响
• 1.2.3.3 纺程距离对电纺纤维的影响
• 1.2.3.4 收集装置对电纺纤维的影响
• 1.2.4 静电纺丝的研究现状
• 1.2.5 电纺纤维的应用
• 1.2.5.1 过滤材料
• 1.2.5.2 生物医用工程
• 1.3 尼龙静电纺丝的研究
• 1.3.1 尼龙的概述
• 1.3.2 静电纺尼龙纤维研究概况
• 1.4 凹凸棒土
• 1.5 论文研究目的及主要内容
• 参考文献
• 第二章 混合溶剂和温度对尼龙6 电纺纤维形貌的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 纺丝液的制备
• 2.2.3 静电纺丝
• 2.2.4 性能测试及表征
• 2.2.4.1 粘度测试
• 2.2.4.2 表面张力测试
• 2.2.4.3 电导率测试
• 2.2.4.4 动态光散射
• 2.2.4.5 纤维的形貌结构
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 NY6 在 FA 和FA/DCM 中的溶解性能
• 2.3.2 NY6 纺丝液的性质
• 2.3.3 NY6 电纺纤维的形貌分析
• 2.3.4 温度对溶液粘度的影响
• 2.3.5 温度对电纺纤维形貌的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 氯化钙与尼龙6 的相互作用及其对尼龙6 纤维的性能影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 尼龙6 电纺纤维的制备
• 2薄膜样品的制备'>3.2.3 NY6/CaCl₂薄膜样品的制备
• 2共混粒料的制备'>3.2.4 NY6/CaCl₂共混粒料的制备
• 3.2.5 尼龙6 熔纺纤维的制备
• 3.2.6 性能测试及表征
• 3.2.6.1 粘度测试
• 3.2.6.2 表面张力测试
• 3.2.6.3 电导率测试
• 3.2.6.4 傅立叶变换红外光谱分析
• 3.2.6.5 X 射线衍射分析
• 3.2.6.6 差示扫描量热分析
• 3.2.6.7 偏光显微镜分析
• 3.2.6.8 电纺纤维的形貌结构
• 3.2.6.9 毛细管流变测试
• 3.2.6.10 熔纺纤维的延伸性质
• 3.2.6.11 熔纺纤维的机械性能
• 3.3 结果与讨论
• 2薄膜样品的FTIR 分析'>3.3.1 NY6/CaC1₂薄膜样品的FTIR 分析
• 2薄膜样品的XRD 分析'>3.3.2 NY6/CaC1₂薄膜样品的XRD 分析
• 2薄膜样品的DSC 分析'>3.3.3 NY6/CaC1₂薄膜样品的DSC 分析
• 2和尼龙6 作用机理解释'>3.3.4 CaC1₂和尼龙6 作用机理解释
• 2薄膜样品的光学性质分析'>3.3.5 NY6/CaC1₂薄膜样品的光学性质分析
• 3.3.6 NY6 纺丝液的性质
• 3.3.7 NY6 电纺纤维的形貌分析
• 2共混树脂样品的剪切流变性质'>3.3.8 NY6/CaC1₂共混树脂样品的剪切流变性质
• 2熔纺纤维的延伸性质'>3.3.9 NY6/CaC1₂熔纺纤维的延伸性质
• 2熔纺纤维的机械性能'>3.3.10 NY6/CaC1₂熔纺纤维的机械性能
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 负载凹凸棒土的尼龙6 无纺布对 Cd2+的吸附行为
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料和仪器
• 4.2.2 凹凸棒土的提纯和表面改性
• 4.2.3 尼龙6 无纺布的制备
• 4.2.4 负载凹凸棒土的尼龙6 无纺布的制备（NY6/ATP）
• 4.2.5 性能测试及表征
• 4.2.5.1 傅立叶变换红外光谱分析
• 4.2.5.2 样品的形貌结构
• 4.2.5.3 样品的热失重分析
• 4.2.6 纤维非织造布对金属离子的吸附
• 4.2.6.1 金属离子溶液的配制
• 4.2.6.2 溶液中离子浓度的测定
• 4.2.6.3 吸附实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 凹凸棒土的形貌及其元素组成
• 4.3.2 凹凸棒土及其改性凹凸棒土的FTIR 分析
• 4.3.3 样品的形貌结构
• 4.3.4 样品的热失重分析
• 4.3.5 负载凹土棒土的尼龙6 无纺布对Cd2+的吸附性能研究
• 4.3.5.1 吸附作用时间确定
• 4.3.5.2 溶液pH 值对吸附性能的影响
• 4.3.5.3 溶液初始浓度对吸附作用的影响
• 4.3.5.4 吸附动力学
• 4.3.5.5 吸附等温线
• 4.3.5.6 NY6/ATP 无纺布和 ATP 粉末对Cd2+的吸附性能的比较
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表或录用的论文.