天然超细纤维剖析.ppt

天然超细纤维,402015010605 杨皓奇,天然超细纤维,天然超细纤维又称微纤维，细旦纤维，极细纤维，英文名称microfiber（一般把纤度0.3旦（直径5微米）以下的纤维称为超细纤维国外已制出0.00009旦的超细丝，如果把这样一根丝从地球拉到月球，其重量也不会超过5克我国已能生产0.13－0.3旦的超细纤维超细纤维的成份主要有绦纶polyester，锦纶polyemide两种构成，国内一般是涤纶80% 锦纶20%，还有涤纶100%的天然超细纤维的用途,超细纤维由于纤度极细，大大降低了丝的刚度，作成织物手感极为柔软，纤维细还可增加丝的层状结构，增大比表面积和毛细效应，使纤维内部反射光在表面分布更细腻，使之具有真丝般的高雅光泽，并有良好的吸湿散湿性用超细纤维作成服装，舒适、美观、保暖、透气，有较好的悬垂性和丰满度，在疏水和防污性方面也有明显提高，利用比表面积大及松软特点可以设计不同的组织结构使之更多地吸收阳光热能或更快散失体温起到冬暖夏凉的作用超细纤维及其膜材料制备,纤维素的结构特征,纤维素作为一种可再生的有机资源，来源丰富，在自然界中约有26×1011吨的总量据统计，全世界每年纤维素的生产量可以达到1000亿吨，但是仅有200万吨的纤维素得到了应用，仅占总生产量的0.002%。

纤维素作为一种天然聚合物，可根据在特定条件下的溶解度，分为：α-纤维素，β-纤维素和γ-纤维素聚合度大于200的为α-纤维素，聚合度在10-200之间的为β-纤维素，聚合度则小于10则为γ-纤维素一般都用α-纤维素含量来表示纤维素的纯度，指在20℃下不溶于7.5wt%或18wt% NaOH碱溶液的纤维素，萃取碱液后再用醋酸中和得到的沉淀部分为β-纤维素，残留在中和溶液中的部分为γ-纤维素纤维素的结构,Structure of cellulose,纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过β-1,4糖苷键相互连接形成的线性聚合物，具有高度取向性、高结晶性的特点构成纤维素分子的D-吡喃式葡萄糖基具有椅式构象由于β-D-葡萄糖环中的所有取代基均处于平伏位置，因此纤维素性方向上具有优秀的拉伸性能纤维素分子上的-OH在分子链上也处于平伏位置，向纤维素分子外伸出，因此纤维素分子链上的羟基较易形成氢键溶解体系,非反应型溶解,反应型溶解,1.传统的无机溶剂 2.碱/尿素/水体系 3.碱/硫脲/水体系 4.胺氧化物体系 5.LiCl/DMAc体系,1.CF3COOH 2.HCOOH 3.DMF/N2O4,研究目的,选用 LiCl/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂体系，来对棉纤维素进行溶解，并引入与纤维素具有良好相容性的聚偏氟乙烯（PVDF）来提升溶液的可纺性，在电纺过程中分析评价纤维素如何形成超细纤维及超细纤维膜的条件。

通过适当表征分析手段对超细纤维的结构性能进行表征，得出运用电纺技术制备棉纤维素超细纤维的实验参数及性能结果超细纤维材料是当今科学研究的重点，如何对可再生的绿色纤维素原料进行加工利用具有十分深远的意义通过电纺丝技术，减少将纤维素转化为纤维素衍生物的步骤，直接将纤维素溶液通过电纺过程转化为超细纤维膜，并通过改变实验参数提高超细纤维膜的性能，使其具有更广泛的应用前景纤维素电纺液的制备,1.纤维素溶液的配置,2.纤维素共混电纺液的配置,首先将脱脂棉花放入适量DMAc中，从室温开始加热至160℃，保持机械搅拌30min，对棉纤维进行高温预处理经预处理后，将得到的棉纤维用平板硫化机进行处理，于180℃-210℃高温下进行挤压，除去溶剂，得到相对干燥的棉纤维称取适量挤压干燥后的棉纤维，剪碎并放入配置好的DMAc/LiCl复合溶剂中，于100℃下持续机械搅拌使之溶胀成凝胶状将得到的溶胀物静置在室温下，经过24h可充分溶解，最终形成浓度为1-3wt%的棉纤维素透明溶液称取一定量的聚合物加入至DMAc中，在室温下进行搅拌至完全溶解，配制成浓度为9.6%的澄清透明溶液将配制得到的棉纤维素溶液与得到的聚合物溶液混合，控制溶液中聚合物的浓度为3wt%，纤维素与聚合物的质量比为1/1-2/1。

于40℃下进行充分搅拌，得到用于电纺的电纺液不同浓度、不同组分比例的电纺丝电镜图,纤维素/PVDF纺丝液的可纺性分析,浓度为 3%的电纺液最适合双组份共混体系进行电纺当浓度为 2%时， 在纤维素/PVDF 为 1/1 的比例时，可以得到很细的蛛丝纤维，成纤效果差；当比例为 2/1 和 3/1 时，不能得到纤维，说明 2%的浓度不适合此共混溶液进行电纺当溶液浓度为 4%时，纤维素/PVDF 比例为 1/1 时，可以得到电纺纤维，但是纤维粘连严重，多为珠串缺陷纤维；比例为 2/1 时不能得到结构完整的纤维当溶液浓度为 3%时，当纤维素/PVDF 比例为 1/1 和 2/1 时，均能得到形貌较为完整的纤维，因此选定浓度为 3%，纤维素与 PVDF 比例为 1/1是最适合双组份共混溶液进行电纺的参数纤维素/PVDF纺丝液的可纺性分析,纺丝液中不同比例 PVA 对电纺结果的影响,纤维素/PVA: 7/1,由纤维素和 PVDF 配制得到的共混液通过电纺得到的超细纤维表面较粗糙，而加入 PVA 后配制得到的共混液通过电纺得到的超细纤维，表面形貌得到明显改善，得到的纤维表面光滑度大大提升，说明 PVA 提高了纺丝液的相溶性，从而进一步明显提升了混合纺丝液的可纺性。

DSC测试,电纺纤维膜的差示扫描量热分析,上图呈现的是不同组分的电纺纤维从 0℃到 230℃的 DSC 曲线由于纤维素的分解温度低于其熔融温度，因此纯的纤维素不存在熔点由图可知，纯的PVDF 电纺纤维只在 170℃存在一个熔融峰，当加入 PVDF 共混后，通过电纺得到的纤维膜在150℃左右出现了熔融峰，说明纤维素/PVDF 电纺纤维中的确存在纤维素的成分，并与 PVDF 分子有在一定程度上相互混合当加入 PVA 后，由曲线 1 可以发现，在 150℃左右出现了两个小峰，这说明电纺纤维中 PVA 与 PVDF和纤维素均有着相互作用但是，由 DSC 也可以明显发现，共混溶液得到的电放纤维膜并不是均相体系，这也是导致电纺纤维上出现节点现象的主要原因DSC分析,表面接触角测试,纤维素/PVDF共混溶液电纺膜与纯水的接触角为111.8°，加入PVA后接触角继续降低至93.9°，均小于纯PVDF纤维膜的139.3°这说明，通过纤维素/PVDF共混溶液电纺得到的纤维膜的亲水性明显高于纯PVDF电纺膜，并且随着PVA的加入，得到的纤维膜的亲水性可以得到进一步提升这是因为纤维素分子上存在大量的羟基基团，从而大大提高纤维素/PVDF共混溶液的亲水性，也提高了由此溶液电纺得到的纤维膜的亲水性。

以 LiCl/DMAc 为体系溶解的棉纤维素溶液，当溶液浓度为 1-3wt%时，通过电纺均不能得到结构完整的超细纤维依次在溶液中加入与纤维素具有不同相容性的 PVDF, PS, PVA, PSF 和PVP，发现只有 PVDF 可以有效的促进提高纤维素溶液的电纺性，得到结构完整的超细纤维当电纺液浓度为 3%，纤维素/PVDF 为 1/1 时，可以得到结构完整的超细纤维，且纤维的形貌较均匀为进一步提高纤维素溶液的可纺性，在溶液中加入与 PVDF 和纤维素都具有一定相容性的 PVA，当纤维素/PVDF/PVA 为 7/7/1 时，可以发现得到的超细纤维形貌和直径分布的均匀性得到了明显提升，同时，加入 PVA 后得到的超细纤维表面光滑度也得到了明显改善对电纺超细纤维膜材料进行表面接触角表征测试，发现当纤维素 /PVDF 体系中引入 PVA 之后，超细纤维膜的亲水性得到了明显的提高，大大高于 PVDF 电纺膜由 DSC 数据可以发现，多组分超细纤维的耐热性得到了明显提高。