静电纺丝纳米纤维生物可降解结晶结构同步辐射X射线衍射玻璃化转变温度硕士论文

1、静电成型聚合物纳米纤维结晶行为与结晶结构的研究【摘要】 静电纺丝技术是一种全新的纳米纤维制备方法。其纺丝设备构建简便,所得纤维具有极小的尺寸及可控的形貌及表面特性,在诸多先进材料领域有着潜在的应用前景。研究静电纺丝对聚合物晶体结构发展的作用规律及发展可控制备特定晶体结构及结晶完善程度的纳米纤维的新方法,是聚合物聚集态结构探索中的重要领域。本文选用四种聚合物材料(聚己内酯PCL,聚乳酸PLLA,PDLLA,聚-羟基丁酸酯PHB,聚氧乙烯PEO)作为研究对象,针对在静电纺丝过程中可能影响聚合物结晶行为的以下几个因素进行了较为系统性的研究：(1)纤维尺寸处于纳米级,在此受限空间内分子链的排布方式发生

2、改变,纤维的直径及串珠结构存在影响晶体的生长方式；(2)高压电场导致聚合物分子偶极发生极化,排布方式发生改变；(3)纺丝过程中溶剂迅速挥发,纤维温度急剧下降,聚合物的玻璃化转变温度的不同导致分子链运动能力差异,影响晶体结构的发展。研究结果证明,聚合物纤维的玻璃化转变温度与纤维表面温度之间的关系是决定静电成型聚合物纳米纤维能否结晶的关键因素。射流飞行末期,溶剂基本挥发完全,若纤维温度低于聚合物玻璃化转变温度,聚合物纤维处于冷拉状态,分子链运动困难,难以. 更多还原【Abstract】 Electrospinning is a novel technology to produce po

3、lymer nano-fibers. Advantages of electrospinning such as the convenience of the instrument setup, ultra-fine size of the fiber and well controlled morphology and surface properties, made it potentially used in varieties of advanced material processing fields. To study the crystal structure affected

4、by the electrospinning process and controlled preparation of nano-fibers with certain crystal structure are crucial in the research of aggregation st. 更多还原 【关键词】 静电纺丝； 纳米纤维； 生物可降解； 结晶结构； 同步辐射X射线衍射； 玻璃化转变温度； 【Key words】 electrospinning； nano-fiber； bio-degradable； crystal structure； synchrotron

5、X-ray diffraction； glass transition temperature； 摘要 5-7 ABSTRACT 7-8 第一章 绪论 12-26 1.1 静电纺丝技术的发展概况 12-19 1.1.1 静电纺纳米纤维的应用领域 12-13 1.1.1.1 环境工程 12 1.1.1.2 催化剂、微传感器 12-13 1.1.1.3 新型能源 13 1.1.1.4 生物组织工程支架、载药释放 13 1.1.2 静电纺的典型构件组成 13-14 1.1.3 静电纺射流运行模式的实验观察结果及理论模型 14-15 1.1.4 纺丝溶液特性/加工条件对静电纺过程及所得纤维特性的影响

6、15-18 1.1.4.1 溶液性质的影响 15-17 1.1.4.2 工艺参数对纤维的影响 17 1.1.4.3 环境条件 17-18 1.1.5 规则化收集方法 18-19 1.2 静电纺过程对聚合物结晶结构的影响 19-23 1.2.1 聚氧乙烯(PEO)体系 19-20 1.2.2 聚乳酸(PLA)体系 20-21 1.2.3 聚己内酯(PCL)体系 21-22 1.2.4 聚偏氟乙烯(PVdF)体系 22 1.2.5 聚烯烃体系 22 1.2.6 纤维素体系 22-23 1.3 几种聚合物的结晶性能及结构 23-25 1.3.1 聚乳酸(PLA)的结晶性能 23-24 1.3.1.1

7、 空间立构 23 1.3.1.2 热历史 23 1.3.1.3 由Hm计算得结晶度 23 1.3.1.4 结晶结构 23-24 1.3.2 聚己内酯(PCL)的结晶性能 24 1.3.3 聚-羟基丁酸-戊酸共聚酯(PHBV)的结晶性能 24 1.3.4 聚氧乙烯(PEO)的结晶性能 24-25 1.4 本文主要研究内容介绍 25-26 第二章 静电成型聚合物纳米纤维的制备及形貌/尺寸对结晶结构发展的影响 26-65 2.1 引言 26 2.2. 实验方法 26-29 2.2.1 静电纺丝装置组成及成型方法 26-29 2.2.1.1 溶液配制方法 26-27 2.2.1.2 静电纺丝装置架构及

8、成型方法 27-28 2.2.1.3 偏光显微镜观察静电纺纤维形貌及结构的方法 28 2.2.1.4 同步辐射X-射线衍射检测静电纺纤维结晶结构的方法 28-29 2.3 结果与分析 29-63 2.3.1 聚己内酯(PCL)静电成型纳米纤维形态结构及结晶结构的研究 29-41 2.3.1.1 电场强度对纤维形态结构及结晶结构的影响 30-33 2.3.1.2 推进速率对纤维形态结构及结晶结构的影响 33-35 2.3.1.3 溶液浓度对纤维形态结构及结晶结构的影响 35-37 2.3.1.4 溶液溶剂类型对纤维形态结构及结晶结构的影响 37-41 2.3.1.5 小结 41 2.3.2 聚-

9、羟基丁酸酯静电成型纳米纤维形态结构及结晶结构的研究 41-49 2.3.2.1 电场强度对纤维形态结构及结晶结构的影响 42-44 2.3.2.2 推进速率对纤维形态结构及结晶结构的影响 44-46 2.3.2.3 溶液浓度对纤维形态结构及结晶结构的影响 46-48 2.3.2.4 小结 48-49 2.3.3 聚乳酸(PLA)静电成型纳米纤维形态结构及结晶结构的研究 49-58 2.3.3.1 电场强度对纤维形态结构及结晶结构的影响 49-52 2.3.2.2 溶剂种类对纤维形态结构及结晶结构的影响 52-54 2.3.2.3 聚合物分子结构对纤维形态结构及结晶结构的影响 54-57 2.3

10、.2.4 小结 57-58 2.3.4 聚氧乙烯(PEO)静电成型纳米纤维形态结构及结晶结构的研究 58-63 2.3.4.1 外加电场强度对纤维形态结构及结晶结构的影响 58-61 2.3.4.2 溶剂类型对纤维形态结构及结晶结构的影响 61-63 2.3.4.3 小结 63 2.4 本章小结 63-65 第三章 高压电场对聚合物结晶结构发展的影响 65-78 3.1 引言 65 3.2. 实验方法 65-66 3.2.1 溶液浇注膜样品制备方法 65 3.2.2 高压电场下溶液注膜样品制备方法 65-66 3.2.3 静电纺丝装置组成及成型方法 66 3.2.4 偏光显微镜观察聚合物薄膜及

11、静电纺纤维晶体结构的方法 66 3.2.5 同步辐射X-射线衍射检测聚合物薄膜及静电纺纤维结晶结构的方法 66 3.3 结果与分析 66-76 3.3.1 聚氧乙烯(PEO)溶液结晶行为 66-67 3.3.2 聚合物溶液注膜/高压电场下溶液注膜/静电纺纤维的结晶结构 67-70 3.3.2.1 聚氧乙烯(PEO)体系 67-70 3.3.3 聚己内酯(PCL)体系 70-72 3.3.4 聚乳酸(PLA)体系 72-75 3.3.4.1 低分子量聚乳酸(PLLA)体系 72-73 3.3.4.2 高分子量聚乳酸(PLLA) 73-74 3.3.4.3 D,L-聚乳酸(PDLLA)体系 74-75 3.3.5 聚-羟基丁酸酯(PHB)体系 75-76 3.4 本章小结 76-78 第四章 静电纺丝纤维表面温度评估及聚合物玻璃化转变温度对纳米纤维结晶结构发展的影响 78-82 4.1 引言 78-79 4.2 实验方法 79 4.2.1 静电纺丝装置组成及实验方法 79 4.2.1.1 溶液配制方法 79 4.2.1.2 静电纺丝装置架构及成型方法 79 4.2.1.3 聚合物溶液注膜样品制备 79 4.2.2 热重分析测试样品制备及测试方法 79 4.3 结果与分析 7