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无针式静电纺丝技术宏量制备微纳米纤维研究进展

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高分子材料科学与工程 2025年

作者：魏亮程雪杨金平曹雪华孙润军董洁西安工程大学纺织科学与工程学院西安工程大学功能性纺织材料及制品教育部重点实验室

随着纺织工业技术的进步与发展，传统纺织纤维原料已不能满足功能性纺织品生成加工的基本要求。超细纤维研究开发成为纺织纤维原材料的研究热点之一。静电纺丝技术是制备纳米纤维方便快捷和行之有效的方法，受到众多研究人员的广泛关注... 详细信息

随着纺织工业技术的进步与发展，传统纺织纤维原料已不能满足功能性纺织品生成加工的基本要求。超细纤维研究开发成为纺织纤维原材料的研究热点之一。静电纺丝技术是制备纳米纤维方便快捷和行之有效的方法，受到众多研究人员的广泛关注。然而，目前传统单针头静电纺丝由于产量低、针头易堵塞和不易清理的缺点严重限制了纳米纤维的规模化生成与应用。基于此，从实现静电纺丝纳米纤维规模化制备角度系统综述了无针式静电纺丝喷头及纺丝技术的研究进展。首先介绍了无针式静电纺丝技术发展历程和基本原理，其次，对现有无针式静电纺丝喷头的喷头结构、纺丝原理和纺丝效率进行总结和分析。最后，对目前纳米纤维规模化制备发展现状进行评述，同时提出了无针式静电纺丝技术规模化制备纳米纤维的发展方向和建议。

关键词：静电纺丝无针式喷头微纳米纤维宏量

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柔性抗冻导电凝胶的构筑

高分子材料科学与工程 2024年第6期40卷 144-151页

作者：徐艺倩卢麒麟闽江学院福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室福建福州350108

为解决传统水凝胶材料在低温时发生冻结,导致其部分力学功能丧失的问题,文中利用甘油体系纳米纤维素(CNC)与α-硫辛酸之间的氢键,再以FeCl3为交联剂,进一步诱导硫辛酸聚合形成凝胶网络,构筑了柔性抗冻导电凝胶CNC/α-硫辛酸凝胶。该凝... 详细信息

为解决传统水凝胶材料在低温时发生冻结,导致其部分力学功能丧失的问题,文中利用甘油体系纳米纤维素(CNC)与α-硫辛酸之间的氢键,再以FeCl3为交联剂,进一步诱导硫辛酸聚合形成凝胶网络,构筑了柔性抗冻导电凝胶CNC/α-硫辛酸凝胶。该凝胶具有优异的力学性能、导电性能及灵敏的应变传感性能。CNC/α-硫辛酸凝胶的拉伸性能和抗冻测试表明,甘油体系纳米纤维素含量为1.5 g时,凝胶的拉伸断裂应力达到16 kPa,断裂伸长率为805.5%,且在-40℃的低温条件下电导率仍能维持在0.029S/m,抗冻导电性能良好。应变传感性能测试表明,凝胶具有灵敏的应变传感能力,在应变150%~200%时,凝胶的灵敏度系数(GF)值达到2.36,能够进行人体运动监测,表明CNC/α-硫辛酸凝胶可作为柔性应变传感器用于智能可穿戴设备。

关键词：纳米复合凝胶柔性抗冻导电应变传感纳米纤维素 α-硫辛酸

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纳米石墨粉改善定形相变复合纤维膜的储热和放热速率

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高分子材料科学与工程 2018年第12期34卷 59-63页

作者：邹雨航柯惠珍肖港归路宽许芷薇闽江学院服装与艺术工程学院福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室福建福州350108

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变... 详细信息

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和传热测试装置对定形相变复合纤维膜的化学性能、形貌结构、储热性能、热能储存和释放速率进行深入分析。研究结果表明,CA-LA-MA三元低共熔物成功地被吸附到PAN基复合纤维膜中。制备的定形相变复合纤维膜的相变融化温度约为19℃,相变焓值约为114～131kJ/kg。由于添加了具有高导热系数的NG使定形相变复合纤维膜的热能储存和释放效率明显提高了43%和42%。

关键词：相变复合纤维膜纳米石墨粉癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸三元低共熔物形貌结构储热性能

纳米纤维素诱导自修复硫辛酸传感复合膜的构建

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林产化学与工业 2024年

作者：王封丹卢麒麟闽江学院福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室

采用简易可行的NaOH冻融法制备纳米纤维素，以纳米纤维素作为稳定剂和诱导剂，使硫辛酸室温下受纳米纤维素的诱导发生开环聚合形成聚硫辛酸，通过Fe3+与聚硫辛酸羧基之间形成配位键，阻止其闭环解聚。纳米金诱导聚硫辛酸的二硫键在红外... 详细信息

采用简易可行的NaOH冻融法制备纳米纤维素，以纳米纤维素作为稳定剂和诱导剂，使硫辛酸室温下受纳米纤维素的诱导发生开环聚合形成聚硫辛酸，通过Fe3+与聚硫辛酸羧基之间形成配位键，阻止其闭环解聚。纳米金诱导聚硫辛酸的二硫键在红外作用下可逆修复，制得具有自修复能力和应变传感性能的自修复硫辛酸传感复合膜（SLASCM），并以未添加纳米金溶液的硫辛酸复合膜（LACM）为对照样，分析了复合膜的形貌和结构，并测试了复合膜的电化学、力学、自修复、传感等性能。研究结果表明：SLASCM的循环伏安（CV）曲线几乎重叠，说明SLASCM稳定性好；同时伯德（Bode）图分析可知，在32～100 000Hz范围内SLASCM都保持较低的相位角且电阻随频率的增加而降低，这说明SLASCM具有近似半导体的扩散控制特征。制备的SLASCM力学强度高，拉伸强度达15.211 kPa，相比LACM提高了18%；剪断后的SLASCM在近红外条件下照射20 min后，修复后的SLASCM的拉伸强度可达13.699 kPa，自修复效率高达90%，相比LACM提高了41.32个百分点。此外，SLASCM还具有灵敏的应变传感能力，可作为应变传感器对人体不同部位的运动进行灵敏、稳定的监测。

关键词：纳米纤维素硫辛酸复合膜自修复应变传感运动监测

基于刚果红的高分子染料制备及pH响应变色性能

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材料导报 2023年第9期37卷 214-219页

作者：冒海燕朱淼朱雪峰郭子怡廖成成何雪梅宋晓蕾盐城工学院纺织服装学院江苏盐城224051 福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室福州350108

为开发pH响应变色智能纺织品,以异佛尔酮二异氰酸酯为硬段、聚乙二醇1000为软段、1,4-丁二醇为扩链剂、刚果红为发色体,制备了具有pH响应变色功能的水性聚氨酯高分子染料,并将其用于棉织物涂层。通过傅里叶红外光谱、紫外-可见光光谱等... 详细信息

为开发pH响应变色智能纺织品,以异佛尔酮二异氰酸酯为硬段、聚乙二醇1000为软段、1,4-丁二醇为扩链剂、刚果红为发色体,制备了具有pH响应变色功能的水性聚氨酯高分子染料,并将其用于棉织物涂层。通过傅里叶红外光谱、紫外-可见光光谱等表征该高分子染料的结构及颜色特征,并详细探讨了该高分子染料及其涂层织物的pH响应变色性能。结果表明,刚果红高分子化后的最大吸收波长存在12 nm的红移。随着pH值降低,由于刚果红中氨基质子化并转变为醌式结构,高分子染料溶液的最大吸收波长由510 nm迁移至605 nm,吸收峰峰形变宽,颜色由红色变成蓝紫色。另外,该高分子染料涂层棉织物在pH值小于3的环境中逐渐变成蓝色,呈现出显著的pH响应变色行为、较高的变色灵敏度、良好的可逆性及pH响应长期稳定性,且能够循环使用于染色废水检测。

关键词：刚果红水性聚氨酯高分子染料 pH响应变色可逆

基于光谱特征的粘胶纤维混色纺纱过程呈色机理分析

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光谱学与光谱分析 2023年第12期43卷 3916-3923页

作者：崔翔宇程璐杨月茹吴艳丰夏鑫李永贵新疆大学纺织与服装学院新疆乌鲁木齐830017 福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室(闽江学院) 福建福州350108 东华大学纺织学院上海201620

针对现有色纺纱配色模型对纤维集合体呈色机理解释上表述模糊的问题,对原液着色粘胶纤维集合体在纺纱过程中的颜色变化机理进行了探究。实验纺制了36组不同混色比条纱样品,利用欧式距离和光谱角距离分别量化各组不同状态纤维集合体间的... 详细信息

针对现有色纺纱配色模型对纤维集合体呈色机理解释上表述模糊的问题,对原液着色粘胶纤维集合体在纺纱过程中的颜色变化机理进行了探究。实验纺制了36组不同混色比条纱样品,利用欧式距离和光谱角距离分别量化各组不同状态纤维集合体间的光谱幅值差异和形状差异,并以基于CMC(2∶1)公式的色差评价为对照,结合基于类别可分比(CSR)公式的差异性判别准则对量化的光谱差、色差大小作以横向比较,分析了纺纱过程中纤维集合体形态改变对反射光量与单色光成分的影响,其中,在生条与熟条间,样品CSRED和CSREcmc均值分别为2.87、 2.17,表现近似,且有30组样品对应CSRED>1, 23组样品对应CSREcmc>1,光谱的辐射差异较色差表现更稳定,在熟条与纱线间,dED和ΔEcmc有相同趋势的更大幅度改变,全部样品CSRED和CSREcmc均大于1;以上过程中,样品光谱的形状差异均保持较小的尺度,并条与纺纱前后,分别有20组、 22组样品对应CSRSAD>1,且其均值分别为1.69、 1.60,并不随加工进行而发生显著变化。由此得出,在纺纱过程中,因纤维排列和聚集态的重塑,反射光的量(明度)呈减小趋势,且气流纺阶段是发生变化的主要阶段,而光质(色相)并不在此过程发生显著变化。进一步地,依据纤维的光反射理论,即纤维的反射光的量主要受外反射光影响,而色度主要受内反射光的影响,可以得出纺纱加工主要影响了纤维的外反射光,而对内反射光不具有解释力。另一方面,还验证了综合光谱幅值和形状特征的SAD-ED公式对色纺纱颜色差异的表征能力,CSRSAD-ED可分辨31组生条熟条样本,可分辨全部条纱样本,该方案较CMC(2∶1)公式更具敏感性和稳定性,为色纺纱的颜色评价提供了新思路。

关键词：色纺纱过程色差光谱特征欧式距离光谱角距离

生物相容性纳米纤维素自愈合水凝胶的构建及其性能

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纺织学报 2023年第12期44卷 17-25页

作者：王汉琛吴嘉茵黄彪卢麒麟福建农林大学材料工程学院福建福州350002 闽江学院福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室福建福州350108

针对水凝胶存在力学性能差、受损后性能难以恢复导致使用寿命短,以及有毒交联剂的使用带来生物相容性差的问题,以明胶(Gel)为基质,双醛纳米纤维素(DNCC)为增强相,通过动态亚胺键形成第一重交联网络,并引入单宁(Ta)和四硼酸钠(Borax)形... 详细信息

针对水凝胶存在力学性能差、受损后性能难以恢复导致使用寿命短,以及有毒交联剂的使用带来生物相容性差的问题,以明胶(Gel)为基质,双醛纳米纤维素(DNCC)为增强相,通过动态亚胺键形成第一重交联网络,并引入单宁(Ta)和四硼酸钠(Borax)形成多重氢键和动态硼酸酯键,基于动态共价键和氢键协同制备了具有三重交联网络的生物相容性纳米纤维素自愈合Gel/DNCC/Borax/Ta水凝胶,并对其结构和性能进行表征。结果表明:Gel/DNCC/Borax/Ta水凝胶具有良好的热稳定性、柔韧性及可注射性,相比于Gel/DNCC水凝胶,其力学性能和胶体黏弹性明显提高,断裂强度从0.138 MPa增加到0.353 MPa,增加了155.7%,储能模量从960 Pa升高到1 550 Pa,提升了61.4%;室温环境下,无需外界刺激,受损的水凝胶能够在1 h内快速愈合,愈合效率达到98%;经质量分数0.5%的明胶纤维素复合物浸提液处理72 h后,成纤维细胞凋亡率小于5%,表明Gel/DNCC/Borax/Ta水凝胶具有良好的生物相容性。

关键词：智能材料明胶单宁四硼酸钠双醛纳米纤维素多重氢键自愈合水凝胶生物相容性

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聚丙烯熔喷空气过滤材料表面仿生改性及性能

高分子材料科学与工程 2024年第2期40卷 141-150页

作者：马文龙郝天煦张威王新亚李永贵陈明星河北科技大学纺织服装学院河北石家庄050018 福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室(闽江学院) 福建福州350108

聚丙烯(PP)熔喷空气过滤材料的抗菌性能较差,细菌、霉菌等微生物会寄生于材料表面。文中利用仿生改性法,以单宁酸(TA)为抗菌改性剂、CuSO_(4)/H_(2)O_(2)为促进剂制备了具有优异抗菌性能的PP/TA熔喷空气过滤材料。分析讨论了TA改性溶液... 详细信息

聚丙烯(PP)熔喷空气过滤材料的抗菌性能较差,细菌、霉菌等微生物会寄生于材料表面。文中利用仿生改性法,以单宁酸(TA)为抗菌改性剂、CuSO_(4)/H_(2)O_(2)为促进剂制备了具有优异抗菌性能的PP/TA熔喷空气过滤材料。分析讨论了TA改性溶液浓度和CuSO_(4)/H_(2)O_(2)促进剂的加入对PP/TA熔喷空气过滤材料结构与性能的影响。结果表明,CuSO_(4)/H_(2)O_(2)促进剂的加入将TA改性时间从24 h缩短至40 min,并增强了PP/TA熔喷空气过滤材料的改性牢度。当TA浓度为6 g/L时,PP/TA熔喷空气过滤材料相较于PP熔喷空气过滤材料其过滤效率和压降分别提升了2.7%和4 Pa,水接触角降低了17.5°;且TA改性对PP熔喷空气过滤材料的驻极性能并无影响,驻极后PP/TA熔喷过滤材料的过滤效率为95.56%,压降为38 Pa,且具备良好的抗菌性能。同时,CuSO_(4)/H_(2)O_(2)促进剂的加入在材料表面引入了Cu^(2+),增强了抗菌效果。

关键词：聚丙烯熔喷材料单宁酸仿生改性空气过滤性能抗菌性能

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一锅法合成氨基化纳米纤维素及其性能表征

纺织学报 2020年第10期41卷 14-19页

作者：卢琳娜李永贵卢麒麟福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室(闽江学院) 福建福州350108 闽江学院服装与艺术工程学院福建福州350108

为实现纳米纤维素衍生物的绿色高效制备,以过硫酸铵为氧化剂,基于机械力化学作用,在微波-水热条件下氧化降解竹浆粕得到羧基化纳米纤维素(CNC),然后与二乙烯三胺发生缩合反应,实现水相中氨基化纳米纤维素(ACNC)的一锅法合成,并对其性能... 详细信息

为实现纳米纤维素衍生物的绿色高效制备,以过硫酸铵为氧化剂,基于机械力化学作用,在微波-水热条件下氧化降解竹浆粕得到羧基化纳米纤维素(CNC),然后与二乙烯三胺发生缩合反应,实现水相中氨基化纳米纤维素(ACNC)的一锅法合成,并对其性能进行研究。结果表明:ACNC呈棒状,直径为10~40 nm,长度为50~300 nm,氨基的接枝率为6.29%;ACNC的晶型并未发生改变,仍为纤维素Ⅰ型,结晶度由竹浆粕的59%增加到79%;ACNC的热稳定性较竹浆粕并未显著下降,但较CNC显著提高,说明CNC表面接枝氨基后热稳定性能得到改善;该制备方法绿色高效,得到的纤维素衍生物有望在生物固化和物理性能增强方面发挥作用。

关键词：氨基化纳米纤维素机械力化学法过硫酸铵微波-水热法一锅法