掺杂碳纳米管的海藻酸钠纳米纤维热稳定性研究

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1、第26卷第4期青岛大学学报(自然科学版)Vo1．26NO．42013年11月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)NOV．2013文章编号：1006—1037(2013)04—0047—05doi：10．3969／j．issn．1006—1037．2013．11．12掺杂碳纳米管的海藻酸钠纳米纤维热稳定性研究赵卫，夏延致，杨东江，龙晓静，潘若才，张立杰，李道浩，李春霞(青岛大学，a．化学化工与环境学院；b．纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地，青岛

2、266O71)摘要：采用加入碳纳米管的海藻酸钠溶液高压静电纺丝，成功制备掺杂碳纳米管的海藻酸钠纳米纤维(SA—CNTs—NF)。通过SEM、FT—IR、TG进行表征，检测表明，碳纳米管可以很好的分散在海藻酸钠纤维中，得到的SACNTs—NF平均直径约为196nm，并对SA—CNTs—NF进行了热重分析，发现加入碳纳米管的海藻酸钠纤维热稳定性有明显的提高。关键词：静电纺丝；海藻酸钠；碳纳米管；热稳定性中图分类号：O636．1文献标识码：A海藻酸钠(SA)是一种从褐藻的细胞壁中提取出来的天然多糖，由a—L一古罗糖醛酸

3、(G)和B—D一甘露糖醛酸(M)组成，因其无毒、生物相容性好、容易凝胶化等优点而被广泛应用于生物、化学、医药、环保食品领域。静电纺丝技术是一种新兴的制备长纤维的：法，制备的纤维直径均一，界面性能好，具有良好的吸附性能。通过静电纺丝，不仅能够得到直径从几纳米到几微米的纤维，而且纤维的线密度和比表面积相较于传统纤维都具有明显优势。此外，静电纺丝操作简易，成本低、环境污染小。目前多数的海藻酸盐纤维采用湿法纺丝制得l3]，所得纤维直径一般在10微米以上．，而静电纺丝l4]作为一种公认的制备纳米纤维有效方法，可以制备出20

4、0nm左右的海藻酸钠纤维。纳米纤维性能优异，已应用于微孔滤膜、服装、组织工程及其他生物医学领域。碳纳米管(CNTs)以其独特的结构和优异的性能得到了人们的广泛关注]，CNTs为纳米一维结构，具有很大的比表面积，因而与聚台物基体会有很强的界面结合．再加上CNTs独特的综合性能，使其成为一种优良的复合材料添加剂。在聚合物中加入少量CNTs会极大改善复合材料的力学、电学及热学性能。CNTs因其表面张力较大，容易聚集，从而影响其在溶剂或聚合物中的分散和排列，有研究表明，CNTs在SA中却有较好的分散性l7]。CNTs一般

5、以无规排列的形式存在，而在静电拉伸的过程中，CNTs随着喷射流发生取向，从而使CNTs在电纺产生的纳米纤维中发生取向，这种取向的发生可以明显提高纤维的力学性能_g]。已有大量文献关于海藻酸钠静电纺丝详细描述‘一，Lu等口l_采用了电纺SA与聚环氧乙烷共混溶液的方法，制备出了直径均一的纳米纤维，并采用了CaC1对所得纤维进行交联。Bonino等rl。]研究了SA分子量大小与所纺制纤维强度的关系，结果表明，低分子量SA纳米纤维因其易降解、强度低适用于体内生物组织支架，而高分子量SA纳米纤维强度大，适用于外伤纱布。有研

6、究者对于聚丙烯腈与CNTs共混溶液静电纺丝进行了探讨，但关于SA与CNTs共混电纺鲜有研究，本文对SA与CNTs共混溶液进行电纺，以观察CNTs的加入对SA纳米纤维热稳定性的影响。1实验部分1．1药品与仪器实验原料：海藻酸钠，曲拉通X—i00，聚环氧乙烷(PEO)，分析纯，均购自阿拉丁；乙醇，二甲基亚砜(DM一收稿日期：2013-10—1基金项目：国家“863”重点计划项目(批准号：2010AA093701)赞助。作者简介：赵卫，女，硕士研究生，主要研究方向为基于海藻纤维原料的多金属碳材料制备及结构性能研究。第4

7、期赵卫，等：掺杂碳纳米管的海藻酸钠纳米纤维热稳定性研究49象。从图1(c)和(d)中可以明显看到，SA—CNTs—NF的纤维直径明显小于SA—NF，纤维形态保持良好，未出现串珠，但是有部分粘结。SA中加入CNTs后静电纺丝纤维明显变细的原因主要是CNTs的加入使得电纺溶液的电导率增加，从而静电纺丝的电场力增强，产生了更强的纤维拉伸效果n，同时，因为电场力的增叠；0U加，使得纤维喷射到收集板的时间减短2，纤0维8之间6的4：水分2来O不及完全挥发，造成纤维之间的部分粘连。利用Image—J软件分析测量纤维的直径和直

8、径分布，作出纤维的直径分布图如图2所示，CNTs的加入对纤维的直径以及其分布均有较大影响。加入CNTS后纤维的直径分布明显变宽，这主要是因为电导率的增加使得单位时间内的喷射量增加，纤维直径变大，但是同时又因为电场力的作用增加，纤维拉伸加强，纤维变细，两者协同作用下，使得纤维原丝的直径分布变宽。160180200220240260280300320340H3暑60U1201