醋酸微納米纖維的制備及其在空氣過(guò)濾材料中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2020-12-06 21:36
傳統(tǒng)紡織業(yè)中纖維素纖維的工業(yè)化制備技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,隨著原材料、用工價(jià)格以及融資、渠道費(fèi)用等要素持續(xù)上升,訂單逐漸向周邊國(guó)家轉(zhuǎn)移,傳統(tǒng)紡織行業(yè)受到一定的擠壓,而石油、煤、天然氣等不可再生資源的日趨減少,這給再生纖維素纖維等可再生資源巨大的發(fā)展空間。2017年,作為我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)的紡織工業(yè)總產(chǎn)值為68935.65億元,占GDP 8.3%,而2017年世界纖維素纖維(粘膠、醋酯、銅氨)總產(chǎn)量為536萬(wàn)噸,中國(guó)是世界上最大的生產(chǎn)國(guó),占比71%,“十三五規(guī)劃”在紡織工業(yè)科技進(jìn)步綱要對(duì)纖維材料高新技術(shù)的指導(dǎo)意見(jiàn)中,以自主創(chuàng)新技術(shù)推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí),而纖維素纖維的功能化改性和差別化研究也在向著多功能化、細(xì)旦化、綠色環(huán)保等方向推進(jìn)。醋酸纖維素(CA)主要用于紡織和香煙過(guò)濾嘴領(lǐng)域,而在納米技術(shù)的不斷發(fā)展下,醋酸微納米纖維也漸漸被用于空氣過(guò)濾、水過(guò)濾、傷口敷料、生物醫(yī)用支架材料、儲(chǔ)能元件、柔性顯示屏、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。本文以醋酸纖維素為研究對(duì)象,首先總結(jié)了纖維素及其衍生物的微納米纖維研究進(jìn)展、批量化制備靜電紡微納米纖維的噴頭設(shè)計(jì)以及空氣過(guò)濾的機(jī)理及過(guò)濾效果表征方法。其次,首次探究了一種適用于...
【文章來(lái)源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：159 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
不同溶劑體系（a）DMAc/LiCl[28]；（b）NMMO[30]；（c）三氟乙酸[27]；（d）1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑/二甲基亞砜[26]靜電紡絲得到的纖維素纖維形態(tài)
。Varesano 等設(shè)計(jì)了一個(gè)等間距平行線分布的 9 個(gè)針頭（圖 1-5（f）），在射流和收集器之間放置一個(gè)不導(dǎo)電的聚丙烯非織造布，以研究射流間的排斥力。Waclaw 等[180]還研究了串聯(lián)、橢圓和同心排列的針頭紡絲狀態(tài)（圖 1-5（g）），在紡絲產(chǎn)量和纖維質(zhì)量方面，同心排列的針頭優(yōu)于其它兩種類型。此外，多孔聚丙烯圓柱形針頭也用于提高紡絲產(chǎn)量（圖 1-5（h）），孔的大小為 10-20 m，據(jù)稱其產(chǎn)量較之傳統(tǒng)的單針頭提高了 22到 250倍[186]。 在工業(yè)制造業(yè)中，擴(kuò)大針頭陣列可以輕易地提高紡絲產(chǎn)量。Yamashita 等[187]研究了工業(yè)化擴(kuò)大多針頭陣列的可行性（圖 1-6（a）-（c））。當(dāng)噴嘴間距減小時(shí)，液滴趨向于結(jié)合在一起，只有當(dāng)針頭之間的距離大于 3 mm 以上才能避免這個(gè)問(wèn)題。一種自下而上的多針頭陣列針頭數(shù)量可以多達(dá) 6000 個(gè)，或者共軛排列的針頭可達(dá) 38880 個(gè)[188，189]（圖 1-6
東華大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論221.5空氣過(guò)濾機(jī)理分析靜電紡微納米纖維產(chǎn)品在過(guò)濾材料中的應(yīng)用占有很大一部分，尤其是空氣過(guò)濾，微納米纖維較大的比表面積和較小的直徑賦予濾芯材料高濾效的同時(shí)也降低了壓降[194]，其中濾效是指未穿透膜的微粒數(shù)量占總測(cè)試微粒數(shù)量的比值，而壓降是指流體通過(guò)膜前后能量損失所引起的壓力降低�？諝膺^(guò)濾是分析過(guò)濾材料對(duì)顆粒物的攔截作用機(jī)制，主要的過(guò)濾機(jī)理有攔截效應(yīng)、慣性沉積和布朗擴(kuò)散效應(yīng)。1.5.1空氣過(guò)濾機(jī)理過(guò)濾材料對(duì)顆粒物的攔截機(jī)理由Davies[243]在1952年在研究了前人所有的過(guò)濾理論后總結(jié)提出。在1969年時(shí)，Stechina[244]提出了顆粒物在纖維表面的滑移效應(yīng)，當(dāng)過(guò)濾材料中的纖維直徑尺寸與氣體中的分子平均自由程（=65.3nm）接近時(shí)，氣體在纖維表面的運(yùn)動(dòng)速度不為零，而是呈現(xiàn)滑移狀態(tài)，結(jié)合纖維直徑尺度，氣體在纖維表面的運(yùn)動(dòng)方式主要分為四種：自由分子流、過(guò)渡流、滑移流和連續(xù)流（見(jiàn)圖1-12），這主要由材料的克努森數(shù)Kn決定（為纖維直徑）。Kn=2（1-2）=√2（1-3）其中k=1.3810-23為玻爾茲曼常數(shù)，在20C（T=293K）時(shí)，P為1.01105Pa，空氣分子間的距離約為3.710-10m，代入公式1-3中驗(yàn)證得到空氣分子的平均自由程約為65.3nm。顆粒物過(guò)濾機(jī)理及不同過(guò)濾機(jī)理對(duì)總過(guò)濾效果的影響見(jiàn)圖1-13，攔截效應(yīng)一般用于解釋直徑為0.1-1m的顆粒捕獲機(jī)理，在與纖維之間的范德華力作用下，被纖維攔截下來(lái)[245]；慣性沉積效應(yīng)一般用于解釋直徑為0.3-1m的顆粒捕獲機(jī)理，且較大質(zhì)量或較大速度的顆粒具有較大的動(dòng)量，在通過(guò)纖維過(guò)濾材料中的多尺寸分布連通孔隙時(shí)，與纖維撞擊圖1-12克努森數(shù)Kn與流體類型及纖維當(dāng)量直徑的關(guān)系Fig.1-12TherelationshipofKnudsennumberfiberdiameter
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]液晶顯示用三醋酸纖維素的現(xiàn)狀[J]. 俞文驥,楊齊,鄒耀邦,王燕. 塑料工業(yè). 2017(04)
[2]靜電紡絲非織造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J]. 劉萬(wàn)軍,靳向煜. 產(chǎn)業(yè)用紡織品. 2014(01)
[3]入侵植物加拿大一枝黃花制備二醋酸纖維素研究[J]. 徐蓮蓮,楊再福,朱丹丹. 應(yīng)用化工. 2013(07)
[4]纖維素均相�；磻�(yīng)后離子液體溶劑的回收及循環(huán)利用(英文)[J]. 黃科林,吳睿,曹妍,李會(huì)泉,王金淑. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(05)
[5]大麻稈漿制備醋酸纖維素的研究[J]. 李小保,吳晶晶,洪建國(guó),葉菊娣,馬耀進(jìn). 纖維素科學(xué)與技術(shù). 2011(04)
[6]溶劑對(duì)醋酸纖維素靜電紡絲可紡性的影響[J]. 周偉濤,邵秋娟,何建新,崔世忠,高衛(wèi)東. 纖維素科學(xué)與技術(shù). 2010(02)
[7]秸稈醋酸纖維素的制備[J]. 張建興,陳洪章. 化工學(xué)報(bào). 2007(10)
本文編號(hào)：2902065
【文章來(lái)源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：159 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
不同溶劑體系（a）DMAc/LiCl[28]；（b）NMMO[30]；（c）三氟乙酸[27]；（d）1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑/二甲基亞砜[26]靜電紡絲得到的纖維素纖維形態(tài)
。Varesano 等設(shè)計(jì)了一個(gè)等間距平行線分布的 9 個(gè)針頭（圖 1-5（f）），在射流和收集器之間放置一個(gè)不導(dǎo)電的聚丙烯非織造布，以研究射流間的排斥力。Waclaw 等[180]還研究了串聯(lián)、橢圓和同心排列的針頭紡絲狀態(tài)（圖 1-5（g）），在紡絲產(chǎn)量和纖維質(zhì)量方面，同心排列的針頭優(yōu)于其它兩種類型。此外，多孔聚丙烯圓柱形針頭也用于提高紡絲產(chǎn)量（圖 1-5（h）），孔的大小為 10-20 m，據(jù)稱其產(chǎn)量較之傳統(tǒng)的單針頭提高了 22到 250倍[186]。 在工業(yè)制造業(yè)中，擴(kuò)大針頭陣列可以輕易地提高紡絲產(chǎn)量。Yamashita 等[187]研究了工業(yè)化擴(kuò)大多針頭陣列的可行性（圖 1-6（a）-（c））。當(dāng)噴嘴間距減小時(shí)，液滴趨向于結(jié)合在一起，只有當(dāng)針頭之間的距離大于 3 mm 以上才能避免這個(gè)問(wèn)題。一種自下而上的多針頭陣列針頭數(shù)量可以多達(dá) 6000 個(gè)，或者共軛排列的針頭可達(dá) 38880 個(gè)[188，189]（圖 1-6
東華大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論221.5空氣過(guò)濾機(jī)理分析靜電紡微納米纖維產(chǎn)品在過(guò)濾材料中的應(yīng)用占有很大一部分，尤其是空氣過(guò)濾，微納米纖維較大的比表面積和較小的直徑賦予濾芯材料高濾效的同時(shí)也降低了壓降[194]，其中濾效是指未穿透膜的微粒數(shù)量占總測(cè)試微粒數(shù)量的比值，而壓降是指流體通過(guò)膜前后能量損失所引起的壓力降低�？諝膺^(guò)濾是分析過(guò)濾材料對(duì)顆粒物的攔截作用機(jī)制，主要的過(guò)濾機(jī)理有攔截效應(yīng)、慣性沉積和布朗擴(kuò)散效應(yīng)。1.5.1空氣過(guò)濾機(jī)理過(guò)濾材料對(duì)顆粒物的攔截機(jī)理由Davies[243]在1952年在研究了前人所有的過(guò)濾理論后總結(jié)提出。在1969年時(shí)，Stechina[244]提出了顆粒物在纖維表面的滑移效應(yīng)，當(dāng)過(guò)濾材料中的纖維直徑尺寸與氣體中的分子平均自由程（=65.3nm）接近時(shí)，氣體在纖維表面的運(yùn)動(dòng)速度不為零，而是呈現(xiàn)滑移狀態(tài)，結(jié)合纖維直徑尺度，氣體在纖維表面的運(yùn)動(dòng)方式主要分為四種：自由分子流、過(guò)渡流、滑移流和連續(xù)流（見(jiàn)圖1-12），這主要由材料的克努森數(shù)Kn決定（為纖維直徑）。Kn=2（1-2）=√2（1-3）其中k=1.3810-23為玻爾茲曼常數(shù)，在20C（T=293K）時(shí)，P為1.01105Pa，空氣分子間的距離約為3.710-10m，代入公式1-3中驗(yàn)證得到空氣分子的平均自由程約為65.3nm。顆粒物過(guò)濾機(jī)理及不同過(guò)濾機(jī)理對(duì)總過(guò)濾效果的影響見(jiàn)圖1-13，攔截效應(yīng)一般用于解釋直徑為0.1-1m的顆粒捕獲機(jī)理，在與纖維之間的范德華力作用下，被纖維攔截下來(lái)[245]；慣性沉積效應(yīng)一般用于解釋直徑為0.3-1m的顆粒捕獲機(jī)理，且較大質(zhì)量或較大速度的顆粒具有較大的動(dòng)量，在通過(guò)纖維過(guò)濾材料中的多尺寸分布連通孔隙時(shí)，與纖維撞擊圖1-12克努森數(shù)Kn與流體類型及纖維當(dāng)量直徑的關(guān)系Fig.1-12TherelationshipofKnudsennumberfiberdiameter
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]液晶顯示用三醋酸纖維素的現(xiàn)狀[J]. 俞文驥,楊齊,鄒耀邦,王燕. 塑料工業(yè). 2017(04)
[2]靜電紡絲非織造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J]. 劉萬(wàn)軍,靳向煜. 產(chǎn)業(yè)用紡織品. 2014(01)
[3]入侵植物加拿大一枝黃花制備二醋酸纖維素研究[J]. 徐蓮蓮,楊再福,朱丹丹. 應(yīng)用化工. 2013(07)
[4]纖維素均相�；磻�(yīng)后離子液體溶劑的回收及循環(huán)利用(英文)[J]. 黃科林,吳睿,曹妍,李會(huì)泉,王金淑. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(05)
[5]大麻稈漿制備醋酸纖維素的研究[J]. 李小保,吳晶晶,洪建國(guó),葉菊娣,馬耀進(jìn). 纖維素科學(xué)與技術(shù). 2011(04)
[6]溶劑對(duì)醋酸纖維素靜電紡絲可紡性的影響[J]. 周偉濤,邵秋娟,何建新,崔世忠,高衛(wèi)東. 纖維素科學(xué)與技術(shù). 2010(02)
[7]秸稈醋酸纖維素的制備[J]. 張建興,陳洪章. 化工學(xué)報(bào). 2007(10)
本文編號(hào)：2902065
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