聚乳酸/聚乙烯醇静电纺复合纳米纤维

论文摘要

聚乳酸是一种环保型新材料,在医药、工业、国防等有着广泛的应用,尤其与静电纺丝技术结合后在生物医学领域应用潜力巨大。但是它的亲水性差,降解速率较慢,这对其应用性能有很大影响。本文用聚乙烯醇对聚乳酸进行改性,用静电纺丝的方法制备了聚乳酸/聚乙烯醇复合纳米纤维,并通过仪器分析了纺丝的效果和纤维的性能。本论文中,首先用自组静电纺丝设备采用聚乳酸/聚乙烯醇复合纺丝液制备了复合纳米纤维。通过对视频变焦显微镜和原子力显微镜的分析确定工艺参数为:PLLA/PVA溶液质量分数比为14%/6%,纺丝电压12kV,挤出速度0.5mL/h,收集距离18cm,纺丝效果较好,可以得到形态良好的纤维。红外光谱的分析证明复合纤维中聚乳酸和聚乙烯醇间存在一定的相互作用,但是通过原子力显微镜的轻敲模式和相移模式分析得出纤维还是存在相分离现象。经实验反复研究得出,不同纺丝时间得到的纳米纤维存在很大差异,开始纺丝效果较好,但后来效果变差,珠丝、液滴增加,这可能是由于环境、材料性能等变化造成的。由于聚乳酸/聚乙烯醇复合纺丝液纺丝效果不稳定,纺丝结果重复性较差,不利于进一步分析研究,因此决定采用其他的办法制备PLLA/PVA复合纳米纤维。经研究,实验室自组了双喷头静电纺丝设备,采用两组溶液挤出设备和高压电源、一个滚筒作为共同的收集装置,制备出聚乳酸/聚乙烯醇复合纺丝纳米纤维。通过视频变焦显微镜和扫描电镜分析确定聚乳酸溶液的最佳纺丝浓度为30%,滚筒最佳转速为200r/min,因此复合纺丝实验中选用的工艺参数为:聚乳酸溶液浓度30%,纺丝电压15kV,挤出速度1.0、0.8、0.5、0.2mL/h,收集距离15cm,聚乙烯醇溶液浓度10%,纺丝电压18kV,挤出速度0.2mL/h,收集距离15cm,滚筒转速200r/min。同时通过扫描电镜和原子力显微镜分析了纤维的形态结构、直径分布和表面粗糙状况。复合纤维膜力学性能主要通过强力试验和AFM力-距离曲线进行分析,结果认为聚乳酸1.0mL/h时,纤维膜表现出良好的力学性能,聚乳酸0.5mL/h时,纤维膜的力学性能最差,同时聚乙烯醇的粘附性比聚乳酸的要好。通过静态接触角和动态吸水性能分析了聚乳酸/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的润湿性,复合膜的润湿性比纯聚乳酸膜有了很大改善,聚乳酸0.2mL/h时润湿性最好。热重分析认为聚乙烯醇在一定程度上改善了聚乳酸的热稳定性,但效果不是很大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米纤维概述
• 1.1.1 纳米纤维的定义
• 1.1.2 静电纺丝方法
• 1.1.3 纳米纤维的性能及应用
• 1.2 聚乳酸、聚乙烯醇的性能及应用
• 1.2.1 聚乳酸的性能及应用
• 1.2.2 聚乙烯醇的性能及应用
• 1.2.3 PLLA/PVA 复合材料的性能及应用
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 本课题研究的意义
• 第二章 PLLA/PVA 复合纺丝液制备纳米纤维的研究
• 2.1 PLLA/PVA 复合纺丝液的准备和纳米纤维的制备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 仪器设备
• 2.1.3 PLLA/PVA 复合纺丝液制备纳米纤维
• 2.1.4 溶液性质测定和纳米纤维结构表征
• 2.2 实验结果与分析
• 2.2.1 纳米纤维形貌分析
• 2.2.2 溶液性质分析
• 2.2.3 红外光谱分析
• 2.2.4 PLLA/PVA 混溶性分析
• 2.2.5 纺丝时间性
• 2.3 本章结论
• 第三章 PLLA/PVA 复合纺丝制备纳米纤维的研究
• 3.1 PLLA/PVA 复合纺丝制备纳米纤维和表征
• 3.1.1 实验材料与仪器设备
• 3.1.2 PLLA/PVA 复合纺丝制备纳米纤维
• 3.1.3 纤维结构表征
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 PLLA 纺丝液浓度和滚筒转速分析
• 3.2.2 纤维形态结构和直径分布分析
• 3.2.3 纤维微观形貌及粗糙状况分析
• 3.3 本章结论
• 第四章 PLLA/PVA 复合纺丝制备的纳米纤维性能分析
• 4.1 分析仪器
• 4.2 力学性能分析
• 4.2.1 纤维强力和AFM 力-距离曲线测试
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 润湿性能分析
• 4.3.1 静态接触角和动态吸水性测试
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.4 热稳定性分析
• 4.5 本章结论
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文