醋酸纤维素高压静电纺丝
静电纺丝文献综述
学号：北京化工大学毕业设计开题报告题目：学院：材料科学与工程学院专业：班级：姓名：指导教师：专业负责人：指导老师意见：指导老师签字：日期: 年月日日期：年月日静电纺丝文献综述摘要：静电纺丝技术自从2000年以后进入快速发展期，论文和专利都成指数型增长。
目前，研究的现状从这些研究的内容看，研究主要围绕静电纺丝的应用、工业化、原理三个方面。
同时，在医用材料领域，静电纺丝也逐步展开了研究。
关键词：静电纺丝，研究现状，医用材料Abstract:Electrospinning develops rapidly that papers and patents increase exponentially since 2000. The research status focus on applications, industrialization and principle. Meanwhile, electrospinning research on biomaterials is springing up.Key words: electrospinning, research status, biomaterials application1 静电纺丝发展目前常用的制备纤维的方法有拉伸法、模板法、相分离法和静电纺丝法。
其中，静电纺丝法制备纤维因其操作简单、适用较广和成本低而广泛被使用在纺丝领域。
静电纺丝是A.Formhals在1934年发明[1]。
在1938年至1944年期间，随着A.Formhals 对静电纺丝技术的进一步改进和对静电纺丝原理的探究[2-7]，静电纺丝技术得到了进一步的发展。
1969年，Taylor发现了Taylor锥[8]，对静电纺丝的原理进行了进一步的丰富。
1971年，杜邦公司利用静电纺丝制备了PAN亚纳米纤维。
1981年，美国Ethicon 公司研究了静电纺丝技术在医学领域的应用[9]。
醋酸纤维素分子式
醋酸纤维素分子式
醋酸纤维素是一种高分子化合物，其分子式为（C6H7O2（OH）3）n，通常用于制造各种纤维素衍生物，如纤维素乙酸酯（纤维素醋酸酯）和纤维素酰胺。
醋酸纤维素的制备是通过纤维素的乙酸化反应来完成的。
在这个
过程中，纤维素被浸泡在醋酸水溶液中，然后被加热。
过程中，纤维
素的大部分羟基被乙酸化，形成醋酸纤维素。
醋酸纤维素是一种非常有用的高分子材料。
它可以用于制造纤维
素酸衍生物和其他化学品。
它也可以用作防火剂和油漆稀释剂。
此外，它还可以用于制造纤维素薄膜，该材料在生物医药和生物传感器领域
中具有广泛应用。
醋酸纤维素的应用还包括在食品工业中。
它是一个安全的添加剂，常用于制造醋酸纤维素片。
这种片剂广泛用于控制食品的流动性和粘度，有很好的稳定性和粘合性能，特别适合制作糖果、薯片、冰淇淋、奶油和其他食品的填充材料。
在紧急情况下，醋酸纤维素也可以用作制造火柴头的火药成分。
总之，醋酸纤维素是一种重要而多用途的化合物。
它不仅可以用
于工业和食品制造，而且在医药领域和生物传感器方面的应用也越来
越受到人们的关注。
如何合理使用醋酸纤维素以及如何提高其性能，
都需要进一步研究和探索。
再生纤维素纳米纤维膜的制备及其蛋白质分离性能
再生纤维素纳米纤维膜的制备及其蛋白质分离性能凤权;武丁胜;桓珊;杨子龙;应志祥【摘要】为将纳米纤维膜应用于蛋白质分离处理，用静电纺丝和化学改性方法制备聚丙烯腈／再生纤维素（ PAN／RC）复合纳米纤维膜，通过扫描电镜、红外光谱、比表面积及孔径分析等对制备的复合纳米纤维膜进行了表征，并将制备的再生纤维素复合纳米纤维膜作为分离层，构建膜分离系统并分离纯化血清白蛋白，通过调节操作压力和过滤时间等影响因素，确定其分离纯化过程的最佳条件。
研究结果表明：在操作压力为0．10 MPa、过滤时间为1．5 h条件下，再生纤维素复合纳米纤维膜对蛋白质的截留率达到80．04％，膜通量达到1．85 L／（m2·min），与商用聚醚砜超滤膜相比，在截留率差异不大的情况下，膜通量有了数倍的提升；同时再生纤维素复合纳米纤维膜具有优异的重复使用能力，并在使用的过程中保持良好的纳米纤维形态结构。
%Polyacrylonitrile/ regenerated cellulose( PAN/RC ) composite nanofibers membrane were prepared by electrospinning and chemical modification for the separation and purification of serum albumin. Composite nanofiber membranes were characterized by scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, specific surface area and pore size analysis. The membrane separation system was assembled by the PAN/RC composite nanofiber membrane, which was overlaid to form the reaction layer. The optimal condition of the protein separation were analyzed by adjusting the operating pressure, filtration time and the pH value. Results showed that the rejection rate of serum albumin and flux of membrane could reach 80. 04% and 1. 85L/(m2·min), respectively, under the following conditions:the operatingpressure was 0. 10 MPa, and the processing time was 1. 5 h. Comparedwith the polyether sulphone commercial ultrafiltration membranes, the rejection rate decreased slightly, while the transport flux improved by several times. At the same time, the experimental results indicated that the regenerated cellulose nanofiber membrane possessed excellent reusability. Additionally, the regenerated cellulose nanofiber membrane could well retain the nanofiber morphological structure after the separation of serum albumin for several times in aqueous environment.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2016(037)012【总页数】6页(P12-17)【关键词】静电纺丝;再生纤维素纳米纤维;蛋白质分离;膜通量【作者】凤权;武丁胜;桓珊;杨子龙;应志祥【作者单位】安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖 241000;安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖 241000;安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖 241000;安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖 241000;安徽工程大学安徽省纺织面料重点实验室，安徽芜湖 241000【正文语种】中文【中图分类】TQ342蛋白质作为生物体的重要组成部分一般存在于相对复杂的溶液体系中，而且在生产过程中，蛋白质对外界环境中的酸碱度、温度等变化较为敏感，易影响到蛋白质的结构而变性[1]。
常用静电纺丝经验参数
水
130万左右
三氯甲烷、DMF、六氟异丙 醇、四氢呋喃
13万
溶剂为水，浓度为40-45%，电压1520KV，喷射距离15-20cm
溶剂为六氟异丙醇，电压10-15KV，喷射 距离15cm，推进速度0.0010mm/s
生物医学 能源
电池隔膜
能源
PTFE
聚四氟乙烯
空气过滤和水过滤
过滤
PS
聚苯乙烯
过滤材料
过滤
PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 其他
其他
PI
聚酰亚胺
过滤
9%左右
1.5%左右 5%-12.5% 10%
8%左右
12-15% 12%-15% 20-25% PTFE/PVP质量 比为6:4，纺丝 液浓度为24%， 20%左右
20-26%
10%-12%
常用溶剂
常用分子量
12万
丙酮、氯仿、DMF、二氯甲烷 、丙酮/DMAC、DCM/甲醇
10万
三氯甲烷、DMF、二氯甲烷、 六氟异丙醇、四氢呋喃
10万
二氯甲烷、三氯甲烷、六氟异 丙醇、DMF
12万左右
文献上用过的纺丝方法
熔融纺丝（220-280℃） 羟基取代度为2.38-2.49，溶剂为丙酮： DMAC：水为7:2:1，电压12-20KV，接受距 离10-15cm，流量0.3-0.5ml/h 溶液浓度为5%-14%，溶剂为丙酮：三氯甲 烷为1:2，电压15-25KV，接受距离1020cm，流量0.1-1.0ml/h PLGA分子量为12万，PLA/PGA为50:50， 溶剂为DMF与THF混合溶液电压10-20KV， 接收距离15cm，流量1ml/h
纳微米醋酸纤维素多孔发光纤维的制备及其荧光性能
纳微米醋酸纤维素多孔发光纤维的制备及其荧光性能西鹏;舒登坤【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2017(036)006【摘要】为制备高荧光强度、高荧光寿命、荧光强度持久的稀土发光纤维,以醋酸纤维素和对甲基苯甲酸有机稀土配合物为原料,通过静电纺丝技术制备出了表面富含孔状结构和表面光滑的纳微米稀土发光纤维.通过场发射扫描电镜、荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜、能谱仪对所制备样品的组成结构、表观形貌和荧光特性进行表征.结果表明:通过静电纺丝技术使得对甲基苯甲酸有机稀土配合物均匀地分布在纳微米醋酸纤维素纤维内部,赋予了纤维样品持久的发光性能;表面多孔结构使得纳微米醋酸纤维素稀土发光纤维的荧光强度得到显著提升,其荧光强度和荧光寿命分别是表面光滑的纳微米醋酸纤维素稀土发光纤维的3.50倍和1.59倍.【总页数】5页(P1-5)【作者】西鹏;舒登坤【作者单位】天津工业大学材料科学与工程学院,天津 300387;天津工业大学天津市聚酯新材料技术工程中心,天津300387;天津工业大学材料科学与工程学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TS102.528【相关文献】1.多孔醋酸纤维素纳米纤维的制备及其对染料的吸附 [J], 王曙东;刘华;瞿才新;王可;胡锋;刘昌南2.呼吸图法制备三醋酸纤维素蜂窝状多孔膜 [J], 魏永明;蒋玉莹;杨虎;张颖;许振良3.超声雾化喷涂工艺制备醋酸纤维素多孔膜 [J], 张晓琨;张晓晴;伍芳;赵媛媛;向勇4.多孔木素/醋酸纤维素基微纳米碳纤维的制备及功能化应用 [J], 夏久林5.静电纺丝制备多孔醋酸纤维素超细纤维 [J], 王江南;刘海清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
静电纺丝纤维的种类
静电纺丝纤维的种类静电纺丝（Electrostatic spinning）是一种常用的纳米纤维制备方法，通过静电力将高分子液体或溶液中的纳米纤维抽离出来，形成连续纤维。
这种方法被广泛应用于制备各种纳米纤维材料以及纳米纤维复合材料。
根据不同的材料和制备方法，可以将静电纺丝纤维分为如下几类：1.聚合物纤维：聚合物纤维是静电纺丝中最常见的一类纤维。
通过使用聚合物溶液，并利用静电力将其拉伸成纳米尺度的纤维。
常用的聚合物纤维包括聚酯（例如聚乳酸、聚己内酯）、聚酰胺（例如尼龙）、聚丙烯酸酯、聚亚砜等。
这些聚合物纤维具有高比表面积、良好的机械性能和热稳定性，因此在纺织、过滤、细胞培养和组织工程等领域得到广泛应用。
2.天然纤维：静电纺丝也可以用于制备天然纤维，例如蛋白质纤维和纤维素纤维。
蛋白质纤维是利用蛋白质溶液进行静电纺丝制备的纤维，常用的蛋白质源包括丝素、鱼胶原蛋白等。
纤维素纤维是利用纤维素溶液进行静电纺丝制备的纤维，常用的纤维素源包括纤维素醚和纤维素酯等。
这些天然纤维具有天然的生物相容性和可降解性，因此在组织工程、药物缓释和食品包装等领域具有潜在的应用前景。
3.矿物纤维：除了聚合物和天然纤维外，静电纺丝还可以用于制备矿物纤维。
通过将矿物粉末与聚合物溶液混合，然后进行静电纺丝，可以获得具有矿物纳米颗粒的纤维。
这些纤维具有良好的导电性和磁性，因此在电子器件、能源存储和环境治理等领域具有广泛的应用。
4.复合纤维：静电纺丝还可以用于制备各种复合纤维材料。
通过在聚合物溶液中添加纳米颗粒、碳纳米管、纳米石墨烯等纳米材料，可以将其与聚合物纤维相结合，形成复合纤维。
这些复合纤维具有多种功能，例如导电、抗菌和光学性质等，因此在传感器、智能纺织品、生物传感器等领域具有潜在的应用前景。
总之，静电纺丝纤维的种类非常丰富，可以根据所使用的材料和制备方法的不同进行分类。
这些纤维材料具有优异的性能和广泛的应用前景，在纺织、医药、电子等领域都有重要的应用价值。
醋酸纤维素塑料的制备工艺及工艺优化
醋酸纤维素塑料的制备工艺及工艺优化醋酸纤维素塑料（Cellulosic acetate）是一种重要的生物可降解塑料，广泛应用于纺织、包装和制造电子产品等领域。
本文将介绍醋酸纤维素塑料的制备工艺及工艺优化措施，以帮助读者更好地了解和应用这种环保材料。
首先，醋酸纤维素塑料的制备工艺包括纤维素的溶解和醋酸酐的化学反应。
常见的制备工艺流程如下：1. 纤维素预处理：纤维素通常来自木质素或棉麻等植物原料，必须通过预处理来提高纯度和溶解性。
预处理包括除杂、粉碎和干燥等步骤。
2. 纤维素的溶解：将经过预处理的纤维素加入溶剂中进行溶解。
常用的溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和氢化可的松等。
在一定的温度和时间条件下，纤维素将与溶剂发生作用，形成纤维素溶液。
3. 醋酸酐处理：将醋酸酐加入纤维素溶液中进行化学反应，生成醋酸纤维素。
反应可以通过添加酸催化剂或酶催化剂来加速。
反应结束后，通过水洗和干燥等工艺，获得醋酸纤维素塑料。
然而，传统的制备工艺存在一些问题，如高能耗、环境污染和工艺周期长等。
因此，为了优化制备工艺，提高工艺效率和产品质量，下面将介绍一些常见的工艺优化措施。
1. 溶剂体系优化：选择合适的溶剂体系可以提高纤维素的溶解性，降低能耗。
研究表明，混合溶剂体系如DMAc/LiCl可以提高溶解度和纤维素溶液的稳定性，有利于醋酸酐的反应。
2. 醋酸酐反应条件优化：醋酸酐处理的反应条件，包括温度、时间和催化剂浓度等，对产品质量和工艺效率起着重要作用。
通过调整反应条件可以控制醋酸纤维素的醋化程度，从而影响其物化性能。
3. 回收利用废水和溶剂：废水和溶剂的回收利用是工艺优化的重要环节。
采用适当的回收系统可以减少废物排放和溶剂浪费，达到环保的目的。
4. 新型催化剂研发：传统的酸催化剂具有催化效果不稳定、易制备难以回收等问题。
因此，研发高效稳定的新型酸催化剂是一项重要工作。
同时，也可以考虑采用酶催化剂，提高制备过程的生物可降解性。
静电纺丝原理
静电纺丝原理静电纺丝是一种利用静电力将高分子溶液或熔体拉伸成纤维的方法。
它是一种重要的纺丝方法，广泛应用于纺织、医疗、过滤、电子等领域。
静电纺丝原理是通过在高电压作用下，使得高分子材料产生电荷，从而在电场的作用下形成纤维。
在静电纺丝过程中，首先是将高分子溶液或熔体注入到喷头中。
然后，在喷头的两侧设置有高电压的电极，形成电场。
当高分子溶液或熔体被喷出时，由于电场的作用，高分子材料会产生电荷，导致其分子排列发生变化，从而形成纤维状的结构。
最后，这些纤维会在集电板上沉积成膜或成纱，形成最终的纤维产品。
在静电纺丝原理中，电场是至关重要的因素。
电场的强度和分布会直接影响纤维的形成和质量。
因此，控制好电场的强度和分布是静电纺丝过程中的关键技术之一。
此外，高分子材料的性质也会对静电纺丝的效果产生影响，包括高分子的分子量、流变性能、表面张力等因素。
静电纺丝原理的优点之一是可以制备直径非常细的纤维。
这种纤维通常具有很高的比表面积和特殊的表面形貌，因此在过滤、医疗材料等领域有着广泛的应用。
另外，静电纺丝还可以制备具有核壳结构的纤维，或者将纳米颗粒等添加物均匀地分散在纤维中，从而赋予纤维更多的功能性。
然而，静电纺丝也存在一些挑战和问题。
例如，由于静电纺丝过程中需要较高的电压，因此设备的安全性是一个重要的考虑因素。
此外，静电纺丝的工艺参数和条件对纤维的形成和性能有着较大的影响，因此需要对工艺进行精细的控制和调节。
总的来说，静电纺丝原理是一种重要的纺丝方法，具有制备纤维直径细、表面形貌特殊、功能性强的优点。
通过对电场和高分子材料性质的控制，可以实现对纤维形成和性能的调控。
然而，在实际应用中仍需面对一些挑战，需要进一步加强研究和技术改进，以推动静电纺丝技术的发展和应用。
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实验三醋酸纤维素高压静电纺丝
1. 实验目的
（1）通过本实验了解静电纺丝的工作原理，及其哪些聚合物可以通过静电纺丝技术制备。
（2）了解静电纺丝技术制备纳米纤维中的影响因素，如温度、浓度、表面张力、电压、供料速度和收集板间距等条件的影响。
2．实验原理
(1) 工作原理
静电纺丝纳米纤维的首个专利在1934年被报道后，直到二十世纪中期该纳米技术的潜在应用前景才受到各领域的广泛关注。
与无机纳米棒、碳纳米管和纳米金属线不同，静电纺丝技术对于有效地控制纤维的排布和二维、三维纳米纤维的制备有独特的潜在价值。
与自下而上的生产方法相比，自上而下的生产纳米材料的最大优点是低成本。
通常，这种工艺生产的纳米纤维还具有取向分布均匀和无需昂贵净化费用的特点。
静电纺丝的基本装置由三部分组成：高压电源、注射器（带有小直径针头）和收集装置，如图1所示。
高压电源主要是使纺丝液形成带电喷射流，注射器是为纺丝提供供料，而大多数的收集装置是带有铝箔纸滚筒收集装置。
高压电源的一极接在注射器的针头上，另一极接在收集装置上。
纺丝液在泵的推力作用下被挤出。
带电喷射流无规则收集到铝箔纸上，形成无纺布。
静电纺丝的基本原理是：聚合物纺丝液在电场力的作用下，由于聚合物表面张力作用，在注射器的针头上会产生一个圆锥形的纺丝液滴（称之为Taylor锥），当电场力大于喷丝口处纺丝液滴（Taylor锥）的表面张力时，带电的纺丝液就会从Taylor锥中被拉伸出来。
在丝的形成过程中，带电的喷射流由于不稳定被拉伸，变的越来越细，于此同时大部分的溶剂挥发。
纳米纤维被无规地收集在收集板上形成纤维膜结构。
图 1 静电纺丝装置示意图
(2) 静电纺丝基本参数及其对纤维形貌的影响
目前，静电纺丝主要包括熔融静电纺丝和溶液静电纺丝两种。
与溶液静电纺丝不同的是熔融静电纺丝是使聚合物在高温条件下熔融，然后在电场力作用下被拉伸成丝，纺丝大部分是在真空条件下进行的。
熔融静电纺丝所得纤维直径比较粗，甚至有达到几个微米，且目前只有极少聚合物被纺丝成功。
然而目前已通过溶液静电纺丝制备直径从小于3 nm到1 μm 的上百种聚合物纤维。
本论文讨论的都是溶液静电纺丝。
溶液性质对静电纺丝纤维形貌和直径的影响因素主要包括以下三个方面：
①聚合物分子量
聚合物分子量对聚合物溶液的流变性和电性能，如粘度、表面张力、电导率和介电常数等有重要影响。
这些特性都可以影响纤维的形貌和结构。
McKee等人报道，只有当聚合物的分子量大于缠结分子量时，聚合物才可以通过静电纺丝制得纳米纤维。
Gupta等人合成了一系列分子量的甲基丙烯酸甲酯（PMMA），他们发现随着PMMA分子量的增大，纺丝纤维的珠子（bead）明显减少。
如果PMMA浓度低，但是分子量分布窄，同样可以得到均一纳米纤维。
②高分子溶液的浓度和粘度
静电纺丝过程中，溶液的浓度和粘度是影响纤维形貌和直径最关键因素之一。
例如，Reneker把聚环氧乙烷（PEO）溶解在水和乙醇的混合溶液中进行纺丝，发现纺丝液的粘度在1-20 泊时，比较适合于纺丝。
当纺丝液的粘度大于20 泊时，由于纺丝液内聚能比较大，纺丝喷射流不稳定，而不能进行静电纺丝。
相反的粘度比较低（小于1泊）时，只能形成液滴而不能形成喷射流即不能成丝。
③表面张力
当电场力大于喷丝口处纺丝液滴（Taylor锥）的表面张力时，带电的纺丝液就会从Taylor 锥中被拉伸出来。
喷射流如果经不住表面张力和电场力的作用，则散开成珠状结构。
所以表面张力是影响电纺纤维形貌的因素之一。
Liu等人在醋酸纤维素（CA）静电纺丝中发现，CA不能在DMAc溶液中纺出纤维，但是在DMAc溶剂中加入一定量的丙酮后，溶液的纺丝能力大大改善。
主要是因为加入了丙酮可以降低溶液的表面张力。
纺丝参数对纺丝影响
①纺丝电压和电场强度
当电场力大于喷丝口处纺丝液滴（Taylor锥）的表面张力时，带电的纺丝液就会从Taylor 锥中被拉伸出来。
通过激光衍射观察，增大电压产生的粗射流最后会分散为许多小射流。
例如，Geng等人在电纺脱乙酰壳聚糖时发现增大纺丝电压纤维直径变细，但是在纤维表面却出现了很多缺陷。
主要因为电压大，纤维受到的拉力也大。
电压继续增大时虽然纤维直径继续减小，但是电压过高使喷射流不稳定出现了珠串纤维。
粘胶纤维功能的仿真丝聚合物的直径也随电压的增大而减小。
②喷丝口
采用同轴共纺丝可以得到壳（Shell）/核（Core）复合纳米纤维、有机/无机复合纳米纤维和中空无机纳米纤维。
如果喷射口并排，可以得到并排结构复合纳米纤维。
为了提高纺丝效率，Dosunmu采用多喷射头纺制尼龙-6纤维，其纺丝效率为单根喷射头的250倍。
③喷丝头与收集板间距
喷丝头与收集板间距改变也会影响纤维的形貌。
喷丝头与收集板间的最小距离为喷射流在到达收集板前有足够的时间挥发溶剂。
间距过大或过小都会形成珠串纤维。
例如，Zussman 等人对尼龙-6的纺丝过程发现，较近的接受距离会产生“潮湿”的纤维或“念珠状”纤维。
3．实验设备用原料
原料：醋酸纤维素（CA）取代度为2.45，重均分子量为3.0×104，购自sigma-aldrich公司。
N,N-二甲基乙酰胺，丙酮，上海国药试剂厂。
仪器：微量注射泵：TS2-60型，保定兰格恒流泵有限公司；高压电源：DW-P303-IAC，天津东文高压电源厂。
4．实验步骤
如示意图1，5 mL CA/DMAc/丙酮溶液装入内径为16 mm针管（CA的浓度为25%，DMAc：丙酮=1:2 v/v）。
喷丝口内径为0.84 mm（规格18）的不锈钢针头。
把注射器固定在注射泵上，电极的一端夹住针头，另一端连接高压电源（DW-P303-IAC, 天津东文高压电源厂），接地电极与收集板（铝箔）相连。
纺丝参数：电压8 kV，针头与收集板间距15 cm，
供料速度10 μL/min由注射泵控制（TS2-60型，保定兰格恒流泵有限公司）。
制得的纳米纤维膜于80 o C下真空干燥10h，除去残余溶剂。
并用光学显微镜观察纤维形貌。
5．实验报告
（1）记录实验过程中溶液的配制，及其所用的参数，如电压、收集板间距、供料速度等。
（2）观察纤维的形貌特征，并描述。
（3）讨论
①结合实验结果、总结静电纺丝的影响因素。
②怎样控制实验参数制备均匀无珠的纤维。
6．注意事项
（1）高压静电纺丝过程中手不得接触针头，以免触电。
（2）如果纺丝头方向堵塞，应停止纺丝，待针头通顺以后再行纺丝。
不可强制挤出，以免烧坏纺丝泵。
7．思考题
（1）影响纺丝过程的因素有哪些，且是如何影响的？
（2）静电纺丝的纺丝原理及其过程如何？。