聚丙烯超细纤维的电纺制备与功能化

【摘要】近年来聚丙烯纤维产业发展迅猛,占全球30%以上的聚丙烯市场份额。但是目前聚丙烯纤维产业主要面临两大挑战：工业化大规模生产的聚丙烯纤维直径通常在10～20μm之间；聚丙烯本身非极性疏水且不含功能基团,这两点极大地限制了产业应用和发展前景。因此发展高效的聚丙烯纳米纤维批量制备方法和简便的功能化改性手段,具有重要的学术意义和产业价值。本论文旨在通过静电纺丝法制备聚丙烯纳米纤维膜,明确纺丝过程决定性因素,以期实现对纤维直径和形态、多孔结构和收集形貌的多层次精确调控,并建立多种纤维膜高性能应用的改性手段。具体研究工作从以下几个方面展开：考察离子液体物理共混和化学取代对氯化聚丙烯常温电纺行为的影响,发现两种方法均能制备纳米纤维膜。采用流变仪和电导率仪测试聚合物溶液黏度和导电率变化,结果表明可纺性的提高主要由溶液导电性提高所致；物理共混体系属于典型的中性聚合物纺丝行为,而化学取代体系接近聚电解质纺丝行为。探讨溶液性质、收集时间、纺丝电压、湿度、收集装置形状等对鸟巢结构形成过程的影响,初步实验结果发现表面残留电荷积聚起关键作用；鸟巢结构是一种普遍现象,其它聚合物体系如聚苯乙烯、聚丙烯腈、丙烯腈-丙烯酸共聚物、壳聚糖/聚乙二醇等可电纺制备。进一步采用有限元分析软件AnsoftMaxwellversion12(3D,electrostaticsolver)模拟电纺过程电场分布,计算结果验证了前期推测鸟巢结构形成机理。设计制造高温电纺装置,通过高温溶液电纺的方法制备了等规聚丙烯纳米纤维膜,发现高温电纺大大扩展了纺丝体系的可纺浓度范围。进而将热致相分离过程引入到高温电纺,制备了等规聚丙烯超细多孔纤维膜；通过偏光显微镜和差示扫描量热仪探讨纺丝溶液分相过程和结晶行为,并绘制相图;理论计算给出纺丝过程中射流温度变化曲线,发现纤维中孔形成过程可与相图相关联；此方法可推广到其它热致相分离膜材料如PVDF,与现有熔喷装置结合有一定的工业化前景。通过先紫外光接枝再化学反应的方法分别制备了葡萄糖糖基化聚丙烯熔喷无纺布和氨基葡萄糖糖基化氯化聚丙烯纳米纤维膜,采用扫描电镜、水接触角、红外光谱研究接枝过程膜表面物理和化学变化；利用荧光标记技术和考马斯亮蓝染色法研究糖基化膜对蛋白质特异性识别功能,发现对ConA具有强的特异性吸附能力和高的结合容量,形成了多层吸附,间隔臂的引入能增强特异性识别能力,但体系中残留羧基部分电离会导致非特异性静电吸附干扰。在聚丙烯超细多孔纤维膜无纺布均匀接枝聚丙烯酸的条件下,利用材料表面的羧酸基团诱导碳酸钙成核生长,通过交替浸溃法制备了碳酸钙矿物均匀覆盖的矿化膜,利用扫描电镜、红外光谱跟踪矿化过程膜表面形貌的化学组成变化；矿化膜具有超亲水和水下超疏油性能,在污水处理和油水分离领域有潜在的应用前景。
【作者】叶翔宇；
【导师】徐志康；
【作者基本信息】浙江大学，高分子化学与物理，2014，博士
【关键词】聚丙烯；电纺；离子液体；规整结构；热致相分离；糖基化；生物矿化；

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