天然超細(xì)纖維

天然超細(xì)纖維402015010605楊皓奇天然超細(xì)纖維

天然超細(xì)纖維又稱微纖維，細(xì)旦纖維，極細(xì)纖維，英文名稱microfiber（一般把纖度0.3旦（直徑5微米）以下的纖維稱為超細(xì)纖維。）國外已制出0.00009旦的超細(xì)絲，如果把這樣一根絲從地球拉到月球，其重量也不會超過5克。我國已能生產(chǎn)0.13－0.3旦的超細(xì)纖維。超細(xì)纖維的成份主要有絳綸polyester，錦綸polyemide兩種構(gòu)成，國內(nèi)一般是滌綸80%錦綸20%，還有滌綸100%的。天然超細(xì)纖維的用途

超細(xì)纖維由于纖度極細(xì)，大大降低了絲的剛度，作成織物手感極為柔軟，纖維細(xì)還可增加絲的層狀結(jié)構(gòu)，增大比表面積和毛細(xì)效應(yīng)，使纖維內(nèi)部反射光在表面分布更細(xì)膩，使之具有真絲般的高雅光澤，并有良好的吸濕散濕性。用超細(xì)纖維作成服裝，舒適、美觀、保暖、透氣，有較好的懸垂性和豐滿度，在疏水和防污性方面也有明顯提高，利用比表面積大及松軟特點(diǎn)可以設(shè)計不同的組織結(jié)構(gòu)使之更多地吸收陽光熱能或更快散失體溫起到冬暖夏涼的作用。超細(xì)纖維及其膜材料制備纖維素的結(jié)構(gòu)特征纖維素作為一種可再生的有機(jī)資源，來源豐富，在自然界中約有26×1011噸的總量。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年纖維素的生產(chǎn)量可以達(dá)到1000億噸，但是僅有200萬噸的纖維素得到了應(yīng)用，僅占總生產(chǎn)量的0.002%。纖維素作為一種天然聚合物，可根據(jù)在特定條件下的溶解度，分為：α-纖維素，β-纖維素和γ-纖維素。聚合度大于200的為α-纖維素，聚合度在10-200之間的為β-纖維素，聚合度則小于10則為γ-纖維素。一般都用α-纖維素含量來表示纖維素的純度，指在20℃下不溶于7.5wt%或18wt%NaOH堿溶液的纖維素，萃取堿液后再用醋酸中和得到的沉淀部分為β-纖維素，殘留在中和溶液中的部分為γ-纖維素。纖維素的結(jié)構(gòu)Structureofcellulose纖維素是由D-吡喃式葡萄糖基通過β-1,4糖苷鍵相互連接形成的線性聚合物，具有高度取向性、高結(jié)晶性的特點(diǎn)。構(gòu)成纖維素分子的D-吡喃式葡萄糖基具有椅式構(gòu)象。由于β-D-葡萄糖環(huán)中的所有取代基均處于平伏位置，因此纖維素在線性方向上具有優(yōu)秀的拉伸性能。纖維素分子上的-OH在分子鏈上也處于平伏位置，向纖維素分子外伸出，因此纖維素分子鏈上的羥基較易形成氫鍵。溶解體系非反應(yīng)型溶解反應(yīng)型溶解1.傳統(tǒng)的無機(jī)溶劑2.堿/尿素/水體系3.堿/硫脲/水體系4.胺氧化物體系5.LiCl/DMAc體系1.CF3COOH2.HCOOH3.DMF/N2O4研究目的選用LiCl/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）為溶劑體系，來對棉纖維素進(jìn)行溶解，并引入與纖維素具有良好相容性的聚偏氟乙烯（PVDF）來提升溶液的可紡性，在電紡過程中分析評價纖維素如何形成超細(xì)纖維及超細(xì)纖維膜的條件。通過適當(dāng)表征分析手段對超細(xì)纖維的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征，得出運(yùn)用電紡技術(shù)制備棉纖維素超細(xì)纖維的實(shí)驗(yàn)參數(shù)及性能結(jié)果。超細(xì)纖維材料是當(dāng)今科學(xué)研究的重點(diǎn)，如何對可再生的綠色纖維素原料進(jìn)行加工利用具有十分深遠(yuǎn)的意義。通過電紡絲技術(shù)，減少將纖維素轉(zhuǎn)化為纖維素衍生物的步驟，直接將纖維素溶液通過電紡過程轉(zhuǎn)化為超細(xì)纖維膜，并通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)提高超細(xì)纖維膜的性能，使其具有更廣泛的應(yīng)用前景。纖維素電紡液的制備1.纖維素溶液的配置2.纖維素共混電紡液的配置首先將脫脂棉花放入適量DMAc中，從室溫開始加熱至160℃，保持機(jī)械攪拌30min，對棉纖維進(jìn)行高溫預(yù)處理。經(jīng)預(yù)處理后，將得到的棉纖維用平板硫化機(jī)進(jìn)行處理，于180℃-210℃高溫下進(jìn)行擠壓，除去溶劑，得到相對干燥的棉纖維。稱取適量擠壓干燥后的棉纖維，剪碎并放入配置好的DMAc/LiCl復(fù)合溶劑中，于100℃下持續(xù)機(jī)械攪拌使之溶脹成凝膠狀。將得到的溶脹物靜置在室溫下，經(jīng)過24h可充分溶解，最終形成濃度為1-3wt%的棉纖維素透明溶液。稱取一定量的聚合物加入至DMAc中，在室溫下進(jìn)行攪拌至完全溶解，配制成濃度為9.6%的澄清透明溶液。將配制得到的棉纖維素溶液與得到的聚合物溶液混合，控制溶液中聚合物的濃度為3wt%，纖維素與聚合物的質(zhì)量比為1/1-2/1。于40℃下進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，得到用于電紡的電紡液。不同濃度、不同組分比例的電紡絲電鏡圖纖維素/PVDF紡絲液的可紡性分析濃度為3%的電紡液最適合雙組份共混體系進(jìn)行電紡。當(dāng)濃度為2%時，在纖維素/PVDF為1/1的比例時，可以得到很細(xì)的蛛絲纖維，成纖效果差；當(dāng)比例為2/1和3/1時，不能得到纖維，說明2%的濃度不適合此共混溶液進(jìn)行電紡。當(dāng)溶液濃度為4%時，纖維素/PVDF比例為1/1時，可以得到電紡纖維，但是纖維粘連嚴(yán)重，多為珠串缺陷纖維；比例為2/1時不能得到結(jié)構(gòu)完整的纖維。當(dāng)溶液濃度為3%時，當(dāng)纖維素/PVDF比例為1/1和2/1時，均能得到形貌較為完整的纖維，因此選定濃度為3%，纖維素與PVDF比例為1/1是最適合雙組份共混溶液進(jìn)行電紡的參數(shù)。纖維素/PVDF紡絲液的可紡性分析紡絲液中不同比例PVA對電紡結(jié)果的影響纖維素/PVA:7/1由纖維素和PVDF配制得到的共混液通過電紡得到的超細(xì)纖維表面較粗糙，而加入PVA后配制得到的共混液通過電紡得到的超細(xì)纖維，表面形貌得到明顯改善，得到的纖維表面光滑度大大提升，說明PVA提高了紡絲液的相溶性，從而進(jìn)一步明顯提升了混合紡絲液的可紡性。DSC測試電紡纖維膜的差示掃描量熱分析上圖呈現(xiàn)的是不同組分的電紡纖維從0℃到230℃的DSC曲線。由于纖維素的分解溫度低于其熔融溫度，因此純的纖維素不存在熔點(diǎn)。由圖可知，純的PVDF電紡纖維只在170℃存在一個熔融峰，當(dāng)加入PVDF共混后，通過電紡得到的纖維膜在150℃左右出現(xiàn)了熔融峰，說明纖維素/PVDF電紡纖維中的確存在纖維素的成分，并與PVDF分子有在一定程度上相互混合。當(dāng)加入PVA后，由曲線1可以發(fā)現(xiàn)，在150℃左右出現(xiàn)了兩個小峰，這說明電紡纖維中PVA與PVDF和纖維素均有著相互作用。但是，由DSC也可以明顯發(fā)現(xiàn)，共混溶液得到的電放纖維膜并不是均相體系，這也是導(dǎo)致電紡纖維上出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)象的主要原因。DSC分析表面接觸角測試?yán)w維素/PVDF共混溶液電紡膜與純水的接觸角為111.8°，加入PVA后接觸角繼續(xù)降低至93.9°，均小于純PVDF纖維膜的139.3°。這說明，通過纖維素/PVDF共混溶液電紡得到的纖維膜的親水性明顯高于純PVDF電紡膜，并且隨著PVA的加入，得到的纖維膜的親水性可以得到進(jìn)一步提升。這是因?yàn)槔w維素分子上存在大量的羥基基團(tuán)，從而大大提高纖維素/PVDF共混溶液的親水性，也提高了由此溶液電紡得到的纖維膜的親水性。以LiCl/DMAc為體系溶解的棉纖維素溶液，當(dāng)溶液濃度為1-3wt%時，通過電紡均不能得到結(jié)構(gòu)完整的超細(xì)纖維。依次在溶液中加入與纖維素具有不同相容性的PVDF,PS,PVA,PSF和PVP，發(fā)現(xiàn)只有PVDF可以有效的促進(jìn)提高纖維素溶液的電紡性，得到結(jié)構(gòu)完整的超細(xì)纖維。當(dāng)電紡液濃度為3%，纖維素/PVDF為1/1時，可以得到結(jié)構(gòu)完整的超細(xì)纖維，且纖維的形貌較均勻。為進(jìn)一步提高纖維素溶液的可紡性，在溶液中加入與PVDF和纖維素都具有一定相容性的PVA，當(dāng)纖維素/PVDF/PVA為7/7/1時，可以發(fā)現(xiàn)得到的超細(xì)纖