气流_静电纺丝法制备P_AN_co_AA_纳米纤维的研究

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1、研究论文FiberResearch气流-静电纺丝法制备P(AN-co-AA)纳米纤维的研究王兵，彭锦荣，林义，李瑞霞，吴大诚（四川大学纺织研究所，四川成都610065）摘要：用气流-静电纺丝法制备了丙烯腈-丙烯酸共聚物[P(AN-co-AA)]纳米纤维。通过扫描电镜(SEM)对纳米纤维形貌的表征，研究了聚合时丙烯酸(AA)单体的含量、溶剂种类以及工艺参数对P(AN-co-AA)纳米纤维直径和形貌的影响，得到了最佳工艺条件为：纺丝溶剂N、N-二甲基甲酰胺（DMF）、聚合单体中AA的摩尔分数比15%、P(AN-co-AA

2、)质量分数10%、外加电压20kV、接收距离20cm，所得P(AN-co-AA)纳米纤维的平均直径为156nm。关键词：气流-静电纺丝；P(AN-co-AA)；纳米纤维；形貌中图分类号：TQ342.3文献标识码：A文章编号：1001-7054（2010）05-0001-05静电纺丝法是一种利用静电力作为动力，使丝法比普通的静电纺丝法产量更高，纤维更细，生带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变产效率更高。基于以上认识，本实验利用气流-静形，经溶剂挥发或熔体冷却而得到微米或纳米级纤电纺丝法制备了P(AN-co-AA)

3、纳米纤维，并且研[1]维的方法。电纺纤维最大的特点是直径一般介于究了纺丝溶剂、聚合单体中AA摩尔分数比、纺丝几十纳米至几微米之间，其精细程度高、长径比工艺参数等对纤维直径和形貌的影响。大。电纺纤维无规堆砌形成的毡布，具有比表面积大、孔隙率高和相互连通的三维网状结构，在过滤、催化、组织工程、生物医药、光电器件、航天材[2]料、分子印迹、服装等众多领域具有广泛的应用。丙烯腈-丙烯酸共聚物[P(AN-co-AA)]具有很多优异的物理和化学性质，如无毒、优秀的酸碱[3]度敏感性、良好的生物相容性和生物降解性等，在过滤、分子识

4、别和医学生物等领域具有广泛的应[4]用。近年来，有关静电纺P(AN-co-AA)纳米纤维应用方面的研究较多[5]，而对P(AN-co-AA)纳图1气流-静电纺丝装置示意图米纤维形貌影响因素方面的研究尚未见报道。1实验本实验室设计制造了一种气流-静电纺丝装置（见图1），并采用静电纺丝法和气流-静电纺丝法1.1原料[6]制备了聚砜纳米纤维。结果表明：气流-静电纺丙烯腈(AN)、丙烯酸(AA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、偶氮二异丁腈收稿日期：2010-03-16修回日期：2010-04-06(

5、AIBN)和丙酮均为分析纯，成都科龙化工试剂厂基金项目：国家自然科学基金项目（50473050）。生产；氮气，工业级，市售。作者简介：王兵（1978~），男，汉，四川大学博士研究生，主要从事纳米纤维的制备与应用研究。1.2P(AN-co-AA)的制备合成纤维SFC2010No.51研究论文FiberResearch根据文献[7]，将AA、AN和AIBN添加到一溶剂体系中，纤维直径和形貌的变化与丙酮的含量定量的DMSO溶剂中，在室温下搅拌均匀的同时通有关。图2(b)是溶剂为DMSO时纤维的SEM照入氮气，然后将溶液加热

6、到60℃，聚合6h后将片。此时，溶液表面张力大，DMSO挥发速度较产物水洗、干燥即可得P(AN-co-AA)。本实验设慢，故收集到的纤维含有大量的溶剂，致使纤维在[9]计和合成了不同AA含量的P(AN-co-AA)系列共交叠区域出现黏连现象。较高的溶液黏度使高聚聚物样品。物粘弹力增加，射流分裂和拉伸变得困难，不利于1.3P(AN-co-AA)纳米纤维的制备纤维的细化和均匀，故DMSO做溶剂时制备的纤维取适量的P(AN-co-AA)于一定量的溶剂中，直径较大。图2(c)是DMSO/丙酮为70/30时的在室温下搅拌成均一

7、溶液，静置数分钟后，吸取适SEM照片。由于丙酮的加入，有利于溶剂的挥发，量溶液在气流-静电纺丝装置上进行气流-静电纺故黏结现象消失。丙酮作为小分子可降低大分子之丝。其氮气流速为3.0L/min，喷丝孔内径为0.24mm，间相互作用，使溶液表面张力和黏度降低，有利于溶液流速为0.5mL/h。将收集到的纤维膜在60℃射流的分裂和拉伸，使纤维直径减小，故溶剂[8]下真空干燥24h，取出置于真空袋中保存。DMSO/丙酮为70/30时较纯溶剂DMSO好。但相比1.4溶液性能测试及纤维表面形态观察DMF，DMSO/丙酮为70/3

8、0时，由于丙酮的加入使用旋转黏度计（NDJ-79，上海昌吉地质仪器溶液中大分子间的运动加快，溶液电导率增加，导有限公司）测量溶液的旋转黏度，用表面张力仪致射流分裂和拉伸时间缩短，纤维直径较粗，故图（Sigma703，芬兰KSV仪器有限公司）测量溶液的2(c)纤维形貌没有图2(a)的好。当DMSO/丙酮表面张力，用电导率仪（DDSJ-308A，上