聚乳酸靜電紡熔噴復(fù)合纖維膜的制備及性能研究

聚乳酸靜電紡熔噴復(fù)合纖維膜的制備及性能研究

非織造布纖維具有較大的表面、較高的孔孔隙率、較短的工藝和高生產(chǎn)效率。它在醫(yī)療疾病、過濾材料和電池薄膜方面發(fā)揮著廣泛的作用。聚乳酸(PLA)可自然降解，生物親和，常用作生物組織工程支架1測試1.1現(xiàn)代物流原料：PLA，型號(hào)6202D，美國Natureworks公司生產(chǎn)。試劑：1,4-二氧六環(huán)和丙酮，分析純，均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。1.2織造布設(shè)備上?？茽杻x器設(shè)備有限公司DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，煙臺(tái)華大科技有限公司F-6D熔噴非織造布設(shè)備。寧波紡織儀器廠YG461E-III全自動(dòng)透氣量儀，日本電子株式會(huì)社JSM-6510LV掃描電子顯微鏡，美國PMI儀器公司CFP-1500-AEXL孔徑分析儀，蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司LZC-H濾料綜合性能測試臺(tái)，美國英斯特朗公司INSTRON5967萬能材料試驗(yàn)機(jī)，自制靜電紡絲裝置。1.3pla熔噴非織造布的制備PLA切片在真空干燥箱中干燥，然后用熔噴非織造布設(shè)備制備PLA熔噴非織造布。PLA熔噴工藝參數(shù)：熔體溫度為240℃，熱風(fēng)溫度為265℃，計(jì)量泵速度為6g/min，網(wǎng)帶速度為6m/min，接收距離為40cm，制得27g/m1.4pla熔噴非織造布的制備將PLA顆粒加入到體積比為4∶6的1,4-二氧六環(huán)與丙酮混合溶劑中，用磁力攪拌器在50℃下攪拌至完全溶解，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%的紡絲液。接收滾筒上包裹PLA熔噴非織造布，保持熔噴非織造布平整，確保PLA靜電紡纖維均勻噴覆在熔噴非織造布上。PLA靜電紡工藝參數(shù)：接收距離為20cm，電壓為22kV，擠出速度為1.5mL/h，靜電紡絲時(shí)間為70min，制得34g/m1.5性能試驗(yàn)1.5.1纖維直徑分布用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PLA熔噴非織造布、靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的表觀形貌，并用Image-Pro軟件測試?yán)w維直徑，對(duì)比分析纖維直徑分布。1.5.2孔徑大小及其分布根據(jù)GB/T21650.3—2011《壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度——第3部分：氣體吸附法分析微孔》，用孔徑分析儀測試PLA熔噴非織造布和靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的孔徑大小及其分布。樣品用Porewick測試液體浸潤，置于樣品室密封，選擇“Dry-up/wetup”模式進(jìn)行測量，指標(biāo)包括最大、最小孔徑，平均孔徑和孔徑分布。1.5.4透氣性能測試根據(jù)GB/T5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》，用全自動(dòng)透氣性測試儀，Φ4mm噴嘴，對(duì)PLA熔噴非織造布和靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的透氣率進(jìn)行測試。1.5.5力學(xué)性能測試根據(jù)ASTMD5035《紡織品的斷裂強(qiáng)力和伸長率(條樣法)》，用拉伸試驗(yàn)機(jī)，對(duì)PLA熔噴非織造布和靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的力學(xué)性能進(jìn)行測試。2結(jié)果與討論2.1纖維直徑分布PLA靜電紡纖維和PLA熔噴非織造布的SEM圖片分別如圖1和圖2所示。對(duì)比圖1、圖2可以看出：靜電紡纖維直徑較細(xì)，纖維粗細(xì)均勻；熔噴非織造布纖維直徑較粗。圖3、圖4分別為PLA靜電紡纖維和PLA熔噴非織造布纖維直徑分布?？梢钥吹?，靜電紡纖維直徑主要分布在2～2.4μm之間，熔噴非織造布纖維直徑主要分布在5～6μm之間。表1為PLA靜電紡纖維和PLA熔噴非織造布的平均直徑和直徑變異系數(shù)。對(duì)PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜表觀形貌進(jìn)一步分析。從圖5中可以看到：PLA靜電紡纖維與PLA熔噴非織造布纖維之間的直徑差異，PLA靜電紡纖維在上，PLA熔噴非織造布纖維在下，復(fù)合纖維膜沿縱向方向纖維直徑形成梯度，對(duì)不同粒徑粒子有效過濾。2.2pla靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的孔徑分布PLA熔噴非織造布和PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的孔徑大小及其分布，分別見表2、圖6和圖7。從表2可以看出，PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的最大孔徑、最小孔徑和平均孔徑均小于PLA熔噴非織造布。由圖6和圖7中可以看出：PLA熔噴非織造布的孔徑主要分布在10μm左右；PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的孔徑分布在8μm左右，分布區(qū)間相對(duì)更窄。2.3過濾效率分析過濾性能測試結(jié)果見表3。從表3中可以看出，PLA熔噴非織造布對(duì)粒子的過濾效率遠(yuǎn)低于PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜。2.4纖維復(fù)合膜透氣性能PLA熔噴非織造布和PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的透氣性測試結(jié)果見表4。從表4中可以看出，相比于PLA熔噴非織造布，PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的透氣率下降。纖維的直徑對(duì)纖維膜的透氣性影響較大，納米纖維緊密排列，纖維間孔隙減小，對(duì)空氣的阻力增大，因此透氣性變差。從表4中力學(xué)性能測試結(jié)果可以看出，PLA熔噴非織造布斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率并不高，表面噴覆PLA靜電紡纖維后，斷裂強(qiáng)力增加，斷裂伸長率減小，其中斷裂強(qiáng)力增加了75.4%，增幅較大。3孔徑分布分析(1)PLA靜電紡纖維直徑分布主要在2～2.40μm，熔噴纖維直徑分布主要在5～6μm，兩種纖維疊合在一起，直徑等級(jí)區(qū)分清晰，復(fù)合纖維膜結(jié)構(gòu)梯度明顯。(2)PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜的孔徑分布在8μm左右，PLA熔噴非織造布的孔徑主要分布在10μm左右，PLA熔噴非織造布上噴覆靜電紡納米纖維后，最大孔徑、最小孔徑和平均孔徑均減小。(3)PLA熔噴非織造布對(duì)1μm以上粒子的過濾效率為52.319%，而PLA靜電紡/熔噴復(fù)合纖維膜對(duì)1μm以上粒子的過濾效率達(dá)到90.726%。(4)PLA熔噴非織造布上噴覆PLA靜電紡纖維后，透氣率下降，拉伸強(qiáng)力增大，斷裂伸長率減小。