基于静电纺丝的吸水纤维的制备及性能研究

作     者：丁莉燕 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邢明杰

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：吸水纤维 静电纺丝 交联 吸水性能 

摘      要：吸水纤维是一种由吸水树脂发展而来的新型功能纤维,由于其独特的三维交联网络结构和大分子链上的众多亲水性基团,因此吸水纤维具有良好的吸水能力、吸水速率和保水能力,在医用卫生、过滤分离和工农林业等方面具有非常广泛的用途。本课题主要研究了聚丙烯酸类吸水纤维的制备并对其性能进行了分析。将丙烯酸(AA)与丙烯酰胺(AM)共聚后加入聚乙烯醇(PVA)溶液进行共混,得到了聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/聚乙烯醇溶液。通过静电纺丝的方式对聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/聚乙烯醇溶液进行纺丝,得到具有微纳米结构的吸水纤维,并研究了纤维的吸湿性能、吸水性能和保水性能。研究了聚丙烯酸类静电纺吸水纤维材料的制备工艺,分析了纺丝电压、喷孔直径及固化距离对纤维材料形貌和纤维直径的影响。结果显示,当聚合物溶液在电压为15-18 kV,喷孔直径为0.25-0.70mm,固化距离在18-22 cm,推进速度在5-15 ul/min的纺丝工艺条件下能够得到形貌较好的微纳米吸水纤维材料。通过正交实验分析发现,当纺丝电压为17 kV、固化距离为20 cm和喷头孔径为0.25 mm时,能够得到平均直径最小的吸水纤维。研究了聚丙烯酸类静电纺吸水纤维材料的纤维结构和吸水性能。红外光谱测试的结果显示,吸水纤维上存在醚键,这说明纤维的交联属于化学交联;吸水纤维中含有大量的亲水性基团,因此纤维具有良好的吸水能力。静电纺吸水纤维的热重分析谱图主要有四个质量损失区,分别为自由水、聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺,进一步验证了纤维的结构组成。在温度为20℃、相对湿度为65%的环境下,静电纺吸水纤维的有效吸湿时间可以持续50 min左右,并且之后纤维仍可以继续吸湿;而粘胶纤维的有效吸水时间明显要小得多,仅仅有15 min左右。在不同的纤维直径、不同的热交联温度和热交联时间条件下测试了静电纺吸水纤维的吸水倍率在50-265g/g。经过130℃处理10 min后,其吸水倍率达到最高值262 g/g。通过测试其保水性能发现,在35℃和60℃条件下烘干2 h后保水率分别为64.5%和47%。