聚芳硫醚納米纖維

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1、聚芳硫醚納米纖維*四川大學(xué)學(xué)生創(chuàng)新基金資助課題；*屬863資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)2001AA334020-1)之一部分黃恒梅1，王孝軍1，趙小川1，王波1，張剛2，楊杰1,2（1.四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610065；2.四川大學(xué)材料科學(xué)技術(shù)研究所，四川成都610064）摘要：綜述了納米纖維在各領(lǐng)域，特別是在過(guò)濾領(lǐng)域中的應(yīng)用，展望了聚芳硫醚納米纖維的應(yīng)用前景；通過(guò)控制紡絲工藝制備了具有不同直徑大小和不同取向度的聚芳硫醚納米纖維無(wú)紡布。關(guān)鍵詞：靜電紡絲；納米纖維；聚芳硫醚；過(guò)濾材料Poly(ar

2、ylenesulfide)Nano-meterFiberHUANGHeng-mei1,WANGXiao-jun1,ZHAOXiao-chuan1,WANGBo1,ZHANGGang2,YANGJie1,2(1.CollegeofPolymerSci.andEng.,SichuanUniversity,Chengdu610065,China;2.InstituteofMaterialsSci.&Tech.,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)Abstract:The

3、applicationofnano-meterfibersasfiltrationmaterialsisreviewed.Poly(arylenesulfide)nano-meterfiberswithdifferentdiameterandorientationdegreecouldbepreparedbycontrollingthetechnologyofspinning.Keywords:Electrospinning;Nano-meterFiber;Poly(arylenesulfide);Fi

4、ltrationMaterials納米纖維是指纖維直徑在1～1000nm范圍內(nèi)的纖維。通過(guò)控制制備工藝可使單根納米纖維及其織物具有特定的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)特征賦予其許多性能，使得納米纖維及其織物可以用作過(guò)濾材料、生物醫(yī)學(xué)工程材料等[1]。納米纖維的制備方法有拉伸、模板聚合、分子自組裝、催化擠出、海島法、電化學(xué)合成法、靜電紡絲法（electrospinning）等，靜電紡絲技術(shù)是目前制備聚合物納米纖維最重要的方法。靜電紡絲技術(shù)是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，有大量的研究者進(jìn)行與應(yīng)用相關(guān)的研究，當(dāng)前已有超過(guò)60種以上聚合

5、物被采用靜電紡絲法制成了納米纖維，而靜電紡絲機(jī)理的研究則主要集中在Hohman[2]和Reneker[3]分別所在的研究小組，且目前在紡絲體系的理論和應(yīng)用研究中，幾乎采用的都是由低沸點(diǎn)溶劑配制的溶液，如聚乙二醇/水，聚乙二醇/乙醇，聚苯乙烯/四氰呋喃，乙烯－乙烯醇共聚物/異丙醇/水等體系，對(duì)高沸點(diǎn)體系則鮮有報(bào)道。1納米纖維的應(yīng)用及本研究用材：聚芳硫醚樹(shù)脂介紹1.1納米纖維在過(guò)濾領(lǐng)域的應(yīng)用用作過(guò)濾的多孔材料，一般有三種結(jié)構(gòu)：纖維狀、多孔狀（多孔膜）、顆粒狀。其中纖維狀材料應(yīng)用得最多，包括天然纖維、合成纖維

6、、金屬纖維和陶瓷纖維。本文所述的靜電紡絲納米纖維屬于合成纖維的一種，它與非納米級(jí)合成纖維過(guò)濾材料相比，在相同的壓力降下其過(guò)濾效率明顯高得多和具有壽命長(zhǎng)和污染物容量大的特點(diǎn)。造成這一現(xiàn)象的原因可從過(guò)濾機(jī)理上分析，過(guò)濾材料對(duì)混合物的過(guò)濾作用主要有篩分、吸附、溶解－擴(kuò)散三種機(jī)理，纖維狀過(guò)濾材料來(lái)說(shuō)就是通過(guò)篩分和吸附來(lái)過(guò)濾混合物。圖1纖維布上的孔大小相同而纖維直徑不同的纖維材料篩分粒子的示意圖圖1中三種材料是面積相同、纖維布上的孔大小相同而纖維直徑不同的纖維材料篩分粒子的示意圖，從圖可以看出，隨著纖維直徑的下降

7、，過(guò)濾材料的過(guò)濾效率提高，即纖維變小后相同的面積內(nèi)孔數(shù)增加了，因此提高了過(guò)濾效率等[1]。Kristine[4]對(duì)納米纖維在相同的壓力降下其過(guò)濾效率明顯高得多的現(xiàn)象分析認(rèn)為由兩種因素產(chǎn)生。首先，纖維直徑的減小是會(huì)引起壓力降的增加的，但是纖維直徑減小后過(guò)濾材料的攔截和慣性壓緊效率提高的速率大大高于壓力降增加的速率。其次，當(dāng)纖維直徑小于一定的尺寸后，就必須考慮被過(guò)濾的物質(zhì)在纖維表面的滑移作用，當(dāng)纖維的直徑小于500nm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)，滑移運(yùn)動(dòng)時(shí)物質(zhì)在纖維的表面速度大于0，如圖2所示。a-無(wú)滑移b-有滑

8、移圖2纖維表面的速度分布上面從篩分過(guò)程分析了納米纖維過(guò)濾材料的過(guò)濾特點(diǎn)，對(duì)于吸附過(guò)程，納米纖維同樣體現(xiàn)出其優(yōu)越之處。首先，纖維的比表面積隨著半徑的減少而增加，表面積的增加則有利于吸附。其次，當(dāng)一種物質(zhì)帶上靜電后有更強(qiáng)的對(duì)微小顆粒的吸附能力，傳統(tǒng)的過(guò)濾材料當(dāng)然也可以使之帶上靜電，而納米纖維在制備過(guò)程中就可以讓它殘留靜電，在工藝上可以一步實(shí)現(xiàn)。Tsai等[5]用電暈放電、摩擦起電和靜電紡絲三種方法使不同聚合物纖維或纖維織物過(guò)濾材料帶電，過(guò)濾實(shí)現(xiàn)