静电纺醋酸纤维素多孔膜的制备与改性

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静电纺醋酸纤维素(CA)多孔膜具有亲水性好、生物相容性好、孔隙率大、比表面积大、无毒、无污染等优点,在水处理、生物工程、药物控释及食品工业等领域有巨大的应用潜力,已经引起了科学界的广泛关注。但固有的一些缺点限制了它的发展和应用,如拉伸性能差、结构不稳定、孔径大、孔径不均匀等。本论文目的是探索CA的最佳静电纺工艺,并通过添加聚偏氟乙烯(PVDF)和溶剂蒸气处理的方法对其进行改进,以期制备出性能优良的CA多孔膜。首先,以不同混合溶剂比例和CA质量分数的纺丝液,探索了纺丝电压、纺丝温度、纺丝速度、接收距离、纺丝针头内径对静电纺CA多孔膜的影响。研究结果显示,采用丙酮/N,N-二甲基乙酰胺(2:1)混合溶剂,质量分数为16%的CA纺丝液最易纺制出CA多孔膜,最佳工艺参数为:纺丝温度15℃,纺丝电压12 kV,纺丝速度0.00075 mm/s,接收距离20 cm,纺丝针头内径0.40mm。另外,性能研究显示,不同形貌的CA多孔膜结晶性能不同,亲水性相差不大,含串珠结构的CA多孔膜的拉伸性能最好。其次,采用溶液共混法及双溶液共纺法对CA多孔膜进行了共混改性。探索了溶液共混法制备CA/PVDF多孔膜的静电纺丝工艺,获得了CA/PVDF多孔膜的最佳纺丝工艺参数:CA/PVDF(9:1)质量分数为16%,纺丝温度为15℃,纺丝电压为12 kV,纺丝速度为0.00075 mm/s,接收距离为20 cm,纺丝针头内径为0.40 mm;并利用双溶液共纺法制备了CA/PVDF多孔膜。研究显示,两种改性方法均能改善CA多孔膜的拉伸性能,且改性后的纳米纤维无论是直径或空间分布都较为均匀,易于制备性能优良的CA多孔膜。最后,以聚酯(PET)无纺布为支撑层,采用溶液共混法制备了CA/PVDF多孔膜,并利用溶剂蒸汽后处理的方法改善了CA/PVDF多孔膜的稳定性及孔结构。在对多孔膜进行改性的过程中,通过低沸点和高沸点溶剂共混及比例调节,实现了溶剂蒸气压控制,同时调整后处理时间,从而有效控制了纳米纤维的融合速率和交联程度,制备出了不同结构和孔径的CA/PVDF多孔膜。改性后的多孔膜的平均孔径为80-1100 nm,纯水通量为120-7000 L/m2·h,截留率为86-99%,亲水性及抗污染性也明显提高。
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