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静电纺纳米纤维素纤维膜的结构与性能表征

更新时间:2016-07-05

随着全球环境问题的日渐严峻以及石油等矿产资源的日渐枯竭,人们逐渐开始重视可再生资源的开发以及利用,纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一[1-2]。人们的日常生活离不开纤维素,例如服饰类、家居类纺织品中就含有大量的纤维素纤维。再生纤维素膜有很多优良的特性,如机械强度高,吸湿性能好,生物降解性优良等[3]。CAO等[4]研究了玉米秸秆纤维素在离子液体[Amim]Cl、[Emim]Ac中的溶解再生,得到了性能良好的再生秸秆纤维素膜,并且对再生后的溶剂进行了有效的回收利用。WANG等[5]通过离子液体[Amim]Cl溶解胶原蛋白、纤维素制备胶原/纤维素共混膜,同时研究了混合比对该复合膜透光率、拉伸强度、断裂伸长率等性能的影响,测试结果表明制得的复合膜力学性能等优于单体聚合物。

本文采用化学法回收废旧纺织品,首先通过离子液体[Amim]Cl溶解废旧涤/棉混纺面料,将溶解的棉纤维与不溶的涤纶分离,再将纤维素固体研磨成粉末,与PVA、氯化钠混合溶解制成静电纺丝液[6-7]。通过静电纺丝法制备得到再生的纳米级纤维素纤维膜,并利用扫描电镜、红外光谱、热学性能等测试方法对再生纤维素纤维膜进行表征。

1 试验

1.1 试验材料与仪器

材料:废旧涤/棉混纺面料;双氧水H2O2(质量分数为30%,分析纯);硅酸钠Na2SiO3(分析纯);渗透剂(分析纯);氢氧化钠NaOH(质量分数为25%,分析纯);1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑[Amim]Cl(质量分数为99%,分析纯);聚乙烯醇PVA(纯度为97%,平均聚合度为1750±50);氯化钠NaCl(分析纯)。

仪器:JA3003N电子天平(上海精密科学仪器有限公司);07HWS-2数显恒温磁力搅拌器(杭州仪表电机有限公司);W201恒温水浴锅(上海申生科技有限公司);DZ-1BC型电热真空干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);KQ3200E型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);ES-200型静电纺设备(日本Fuence有限公司);QuanRa-450-FEG+X-MAX50型场发射扫描电镜(美国FEI公司);16PCFRIR型傅立叶变换红外光谱仪(美国Perkin Elmer公司)。

金华寺汤溪镇寺平古村主要的保护模式为划归为文物,售票观览。单一的盈利方式导致未来面临的困境是可以预见的,如何打开瓶颈投入活化更新项目,促进传统村落可持续发展是值得思考的问题。但还要防止进入另外一个误区,即在中国的许多传统村落,由沿街商铺的商户构成的多以游客市场筛过“经得起市场检验”的特色小食、区域特产、文艺小铺以及饰品首饰为主流的产业[1]。这些所谓的“主流”没有地域特色,很难成长为支撑传统村落持续发展的产业。

1.2 试验方法

图1(2)、图1(4)及图1(5)显示纺制的是较为常规的静电纺丝纳米结构,大部分为交联的树枝交叉状的结构,这是收集器旋转收集纤维的过程中纤维束层层铺叠的结果[8]。图1(4)中的纤维粗细不是很均匀,而图1(2)及图1(5)中显示的纤维粗细较为均匀,纤维的直径分布都在纳米级别,纤维间的空隙大小不匀,纤维铺叠层数越多则纤维间空隙更加趋于均匀,且空隙逐渐减小。

图1(1)和图1(6)显示纺制的是串珠状纤维,串珠结构在静电纺丝中一般看作缺陷,因为串珠结构的比面积较小,而且相对无串珠结构的纤维,其纤维的力学性能低。但这些缺点不是绝对的,例如串珠结构的静电纺丝纤维膜表面会形成微米级的突起,形成类似荷叶表面的结构,可以用作疏水结构的仿生薄膜结构的研究。

取一定量的纤维素粉末、PVA粉末、NaCl粉末、20 mL去离子水放入烧杯,磁力搅拌1 h溶解得到纤维素/PVA/NaCl纺丝原液,再将该溶液放入超声波清洗器中处理30min,使溶质分散均匀。采用ES-200型静电纺机进行纺丝。试验中,统一采用直径为0.5 mm口径的针头。

1.3 性能测试

1.3.1 扫描电镜观察

我们在大都会学习中心旁听了一节历史课。这是一所公立磁石学校,授课的是一名全美优秀教师,学生则是九年级(相当于中国初三的学生)。这位老师对课堂有很强的掌控力,全程很好地驾驭着课堂,引导学生积极参与,课堂气氛十分活跃。我们跟着这位老师完整地上完了一节课,连中途校方请我们换教室继续参观,都没舍得离开。

采用QuanRa-450-FEG+X-MAX50型场发射扫描电镜观察制得的纳米纤维素纤维膜的表面形态,分析纳米纤维素纤维膜的表面结构及形态特征。

1.3.2 红外光谱分析

采用16PCFRIR型傅立叶变换红外光谱仪,测定制得的纳米纤维素纤维膜的红外光谱,分析纳米纤维素纤维膜的结构及组成。

对纳米纤维素纤维膜进行扫描电镜分析,结果如图1(1)-(6)所示。

殷桃是重庆人。她跟金星诠释重庆女孩和成都女孩的分歧,都说“好烦”,成都女孩是嗲嗲的撒娇的,重庆女孩,她是真烦,“语气十分干脆。”

1.3.3 热学性能测试

采用STA7300型差热分析仪对制得的纳米纤维素纤维膜进行测定,分析样品的热稳定性能。

大数据给大学生创造了新的发展空间,同时又为大学生带来了新的发展困境。面对大数据,大家似乎都在争先恐后,用户成了“看不见的人”,使得大学生的互联网使用信息面貌容易被泄露,侵犯了学生的隐私,随着新媒体和大数据技术的发展,大学生网络安全问题日益突出。高校有非常容易被推到前沿,引起社会舆论,导致高校的教育管理处于尴尬的境地,给高校思想政治教育水平增加了新的难度。

本文利用动态EBM-MI指数模型对2000—2015年中国工业33个行业的低碳全要素生产率及其分解项进行了测算,得出结论如下:

2 结果与分析

2.1 扫描电镜分析

通过对Cluster 5的代表性关键词进行文献查询发现,大部分文章均围绕电子书的阅读器、内容、发展进行阐述,并且“电子书”也出现在高频词表中,综合可确定Cluster 5的研究热点为“电子图书”。

(1)放大20000倍 (2)放大5000倍

(3)放大10000倍 (4)放大10000倍

(5)放大10000倍 (6)放大10000倍

图1 纳米纤维素纤维膜中纤维表面形态及结构

1.5.1 提取DNA 将鱼体背、腹两侧及尾部肌肉200 g剪碎后使用DNeasy®Blood&Tissue Kit试剂盒对样本进行提取,按照说明书的步骤进行操作,所得DNA溶液作为PCR反应的模板。

图1(3)显示纺制的纤维膜中有扁平的缎带状结构出现,可能是纺丝纤维在凝固过程中形成空心管状结构,空心管壁在重力及其他外力作用下,逐渐坍塌形成缎带状,但至今未发现这种结构纤维的特殊的应用。

首先对废旧涤/棉面料进行剥色处理,在浴比为1:20、pH值为10的条件下,取H2O2 20mL、Na2SiO32g/L、渗透剂2 g/L,在温度为90 ℃的恒温水浴锅中加热90 min。再对剥色后的面料进行活化处理,取NaOH溶液浓度25 %,在超声波清洗器中处理1 h。将活化后的面料拆成纱线进行溶解处理,在溶质与溶剂比为1:17.5的条件下,取一定量的纱线、[Amim]Cl放入锥形瓶,在温度为95 ℃的恒温水浴锅中加热溶解5h,再将溶解液静置1 h,此时溶剂与溶质出现分层现象。将该混合溶液加入去离子水进行再生,经过磁力搅拌、抽滤干燥、烘干研磨得到再生纤维素粉末。

2.2 红外光谱分析

对纳米纤维素纤维膜进行红外光谱分析。选取参数为高压静电大小为30 kv,接收板距离为20cm,推进压力为0.1 MPa,纤维素与PVA质量比为10/90,溶质质量浓度为8 wt%,NaCl用量为0.5g/L时制成的纤维膜进行分析,结果如图2所示。

图2 纳米纤维素纤维膜红外光谱图

从图2可看出,在波长为3328 cm-1和2926 cm-1处为O-H伸缩振动,在波长为1728 cm-1处为C=O伸缩振动,在波长为1369 cm-1处为O-H弯曲振动,在波长为1250 cm-1处为C-O伸缩振动,在波长为1087 cm-1处为C-O伸缩振动,通过分析知道纤维膜中包含了纤维素和PVA中主要的基团[9]

2.3 热学性能分析

对纳米纤维素纤维膜进行热学性能分析。选取参数为高压静电大小为30 kv,接收板距离为20cm,推进压力为0.1 MPa,纤维素与PVA质量比为10/90,溶质质量浓度为8 wt%,NaCl用量为0.5 g/L时制成的纤维膜进行分析。将纤维膜撕取一小块并剪成碎末,将粉末填入瓷坩埚,待仪器数值清零并设定好参数后再将其放入仪器。设定的基本参数为,样品干重为3.157 mg,试验温度范围为25℃~900℃,曲线记录温度范围为100℃~900℃,升温速率为20 ℃/min。结果如图3、图4、图5所示,分别表示热重分析TG图、热重分析DTG图、热重分析DTA图。

图3 纳米纤维素纤维热重分析TG曲线

图4 纳米纤维素纤维热重分析DTG曲线

由图3看出,从初始温度到170 ℃左右阶段的样品重量轻微下降,这是样品表面水分挥发造成的重量损失。从170 ℃到280 ℃左右阶段的样品重量有较为明显的下降,这是由于样品内部空隙的水分蒸发造成的重量损失。从280 ℃至500 ℃左右阶段的样品重量下降最为明显,该阶段为样品分解造成的重量损失。从500 ℃至设定的最终温度阶段,剩余样品的重量接近于0 μg,说明样品基本完全分解掉。由图4看出,在322.5 ℃时样品的分解速率最大,为509.1 μg/min,这是因为样品达到玻璃化温度后继续吸热分解,在322.5 ℃左右达到了最快分解速率。

图5 纳米纤维素纤维热重分析DTA曲线

由图5看出,在样品的DTA曲线中主要出现三个峰值,第一个峰代表放热,因为刚开始样品在迅速的氧化,而物质的氧化过程会放出部分热量;第二个峰代表吸热,因为样品的表面水和内部结晶水在挥发过程中会吸收热量;第三个峰也是吸热峰,该峰表示样品固体的升华过程出现,由固体向气体的相变过程需要吸收大量的热能,所以该吸收峰面积较大,代表吸收的热量也较多[10]

3 结语

(1)扫描电镜观察发现,制得的纳米纤维素纤维膜存在三种形态结构的纤维,即串珠状结构纤维、缎带状结构纤维、常规形态纤维。

(2)红外光谱分析发现,制得的纳米纤维素纤维膜具有明显的纤维素和PVA的特征。

(3)热学性能分析发现,制得的纳米纤维素纤维膜在280℃~500℃时样品重量下降最明显,且在322.5 ℃时分解速率达到最大值509.1 μg/min。

参考文献

[1] 乐志文,凌新龙,黄继伟,等.氧化纤维素的研究现状及发展趋势[J].成都纺织高等专科学校学报,2016(3):125-135.

[2] 安红玉,杨建忠,郭昌盛.纤维素的改性技术研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报,2016(3):160-163.

[3] 刘杰, 朱平, 刘帅, 等. 再生纤维素/TPU复合膜的制备及性能研究[J].功能材料,2015(2):2140-2143.

[4] CAO Y, LI H, ZHANG Y, et al. Structure and properties of novel regenerated cellulose films prepared from comhusk cellulose in room temperatureionic liquids[J]. Journal of Applied Polymer Science ,2010,116 (1):547-554.

[5] WANG H F, LV H N, FENG J, et al. Novel blend films prepared from solution of collagen and cellulose in 1-allyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid[J]. Advanced Materials Research,2012,418-420.

[6] 李欣,孟家光,门明峰.静电纺丝法制备聚乙烯醇-纤维素纳米纤维膜[J].合成纤维,2017,46(5):36-39.

[7] 李欣,孟家光,门明峰.纤维素-PVA再生纤维静电纺丝影响因素[J].上海纺织科技,2017,45(10),28-30.

[8] 朱树琦. 静电纺射流形态控制及其纤维结构与性能研究[D].上海:东华大学,2013.

[9] 朱云波. 静电法纺制羊毛角蛋白/PVA纳米纤维[D].天津:天津工业大学,2008.

[10] 唐闪. 溅射式规模化静电纺丝方法与工艺研究[D].上海:东华大学,2010.

李欣,孟家光,门明峰
《纺织科学与工程学报》2018年第02期文献

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