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Mater. Chem. Phys.:利用响应面法优化PVA/SA纤维膜的直径

2021-09-04   易丝帮

在本研究中,将聚乙烯醇(PVA)/海藻酸钠(SA)溶液静电纺丝成纤维膜。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、能谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)对PVA/SA纤维膜进行表征。通过FTIR、XRD、DSC等手段证实了PVA和SA之间的氢键相互作用。静电纺丝过程中纤维的制备涉及SA含量、电压、接收距离和喷嘴速度等各种参数,并通过Box-Behnken设计(BBD)方法进行了优化。结果表明,SA含量对所得纤维直径有较大的影响,在最佳生产条件下实现了242.12nm的最小纤维直径。通过扫描电子显微镜(SEM)分析、力学性能测量和接触角测试研究了不同PVA/SA含量对膜直径、形貌、力学性能和吸液性能的影响。验证了7:3比例下PVA/SA纤维膜的最佳物理性能,与响应面法(RSM)结果接近。

 

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图1.静电纺丝成型工艺制备的PVA/SA纤维膜的表征:a)静电纺丝工艺的典型实验装置;b)通过FTIR分析确定官能团;c)通过XRD分析确定分子排列;d)DSC热性能分析;e)TGA/DTG热性能分析。


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图2.a)PVA、SA和PVA/SA的化学结构及其反应机理,b)PVA/SA的类比结构图;c)PVA/SA(50:50)的SEM图像;d)由EDX测试的PVA/SA的四元素映射。


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图3.PVA/SA纤维直径的实际值与预测值的比较。


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图4.纤维直径的响应面和计数图及其与纤维直径的相互作用。


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图5.PVA/SA纤维膜的物理表征:a-d)SEM形态观察;e-h)直径直方图;i)抗拉强度;j-n)动态接触角。

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