电纺PET纳米纤维膜的亲水改性及应用研究

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电纺聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米纤维膜具有力学性能好、热稳定性和化学稳定性高等优点,广泛地应用于纳米催化、组织支架、表面包装和过滤等领域。然而,这种具有高孔隙率、大表面积和互通三维网状结构的PET纳米纤维膜材料亲水性差,限制了其在生物医学以及水处理等方面的应用。因此,开展电纺PET纳米纤维膜的亲水改性及其在油水过滤领域的应用研究,具有重要的学术意义和工程应用价值。  本文首先采用了等离子接枝改性(气相和液相)和混纺复合改性两种方法,希望能在PET纳米纤维膜中引入亲水基团(-OH)或亲水性物质(PVA),从而达到提高PET纳米纤维膜的亲水性,进而提高电纺PET纤维膜表面润湿性的目的。其次,应用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、扫描电镜(SEM)、光学接触角测量仪、拉伸试验机等测试手段,对PET纳米纤维膜改性前后的化学组成、接枝、微观形貌和应力-应变等进行了表征。最后,通过自制设备对PET纳米纤维膜的水通量和油水分离效率进行了评价。主要工作如下:  1、从纺丝电压、纺丝溶液浓度以及纺丝距离等几个方面明确了PET电纺溶液的可纺性,给出了优化工艺条件:纺丝液浓度15%,纺丝电压25kV,接收距离15cm。  2、采用液相和气相等离子均能成功地将丙烯酸接枝到电纺PET纳米纤维膜上,有效地提高PET纳米纤维膜的亲水性。当丙烯酸接枝溶液的浓度为100%时,PET纳米纤维表面会出现刻蚀现象;当丙烯酸浓度降低到10%时,刻蚀现象会消失,但拉伸强度仍有降低的趋势。而经过气相低温等离子体处理后的PET纳米纤维,与改性前相比,亲水性增大,形态完整,丝条光滑,拉伸强度略有增加。  3、成功地制备了一系列配比的PET/PVA复合纳米纤维膜。当少量PVA(如PET/PVA=20/1)引入时,纺丝体系依然保持很好的可纺性和纤维形貌;随着PVA含量的增加,混合溶液的可纺性变差,出现支化和扁平状纤维。与纯PET纤维相比,PET/PVA复合纳米纤维(PET/PVA=20/1)具有更好的亲水性、更高的力学强度;经过进一步的交联后,具有更高的热稳定性,更有利于实际应用。  4、电纺PET纳米纤维膜等离子接枝丙烯酸单体后,由于纤维表面接枝了亲水基团,纳米纤维膜的水通量变大,同时油水分离效率也得到了提高。电纺PET/PVA复合纳米纤维膜在交联前后,其水通量均比电纺纯PET纳米纤维膜高。当丙烯酸溶液的浓度为10%时,液相等离子接枝电纺PET纳米纤维膜的油水过滤效率可达86.8%。
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