摘 要

本论文探究了聚偏氟乙烯（PVDF）的静电纺丝工艺，合成纳米银粒子，制备PVDF/PA6/Ag纳米纤维空气过滤膜。同时，通过红外光谱分析（FTIR）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）等测试方法表征了纳米纤维膜的形貌以及结构特征，并进行了空气过滤性测试。

通过研究PVDF静电纺丝工艺参数，发现在PVDF纺丝液浓度为18 wt%，纺丝电压为20 KV的条件下，能够制备平均直径约为390 nm且分布均匀的PVDF纳米纤维，并发现纺丝过程中PVDF由α晶型变为β晶型。通过水相氧化还原法，以柠檬酸钠为还原剂制备得到的纳米银粒子为立方晶系，粒径约为40 nm。通过分层电纺后负载纳米银粒子，制备得到PVDF/PA6/Ag复合纳米纤维膜。进而研究其过滤性能，当复合纳米纤维膜中PVDF/PA6含量比为7/3时，对0.5 μm以下粒子的过滤效率到达97.605%，过滤阻力为26 Pa，满足高效低阻的过滤要求。

关键词：静电纺丝；纳米纤维；PVDF；PA6；空气过滤

Abstract

This topic is to prepare PVDF/PA6/Ag fiber composite filter material by electrostatic composite nanofiber on the nonwoven filter material. Then, we studied the morphologic characteristics of the nanofiber membrane by FTIR、XRD、SEM、TEM and made the test to study the air filtration performance.

The results show that: when the concentration of spinning solution is 18wt% and the spinning voltage is 20 KV,the morphology of the nanofiber membrane will be good and the average diameter is about 390 nm.Through the technology of the electrospinning, the crystal structure of the polymer will be changed. For example, β crystalline phase will appear in the PVDF nanofiber membrane after the electrospinning. By the aqueous phase oxidation reduction, the nano-silver that was reduced by sodium citrate belongs to the isometric system and the diameter of the nano-silver is 40 nm. Through the composite of nanofiber and nano-silver ,we can prepare the PVDF/PA6/Ag nanofiber membrane. And we test filtering performance, when the ratio of PVDF/PA6 is 7/3, the filtering efficiency that remove the particles that less than 0.5 μm has reached 97.605% ,but the filtering resistance is lower than 26 Pa.It means that this PVDF/PA6/Ag nanofiber membrane meets the requirements of high efficiency and low resistance.

Key words: electrospinning; nanofiber; PVDF; PA6; air filtration

目 录

第一章 绪论 1

1.1纳米材料与纳米纤维 1

1.1.1纳米材料及其特点 1

1.1.2纳米纤维及其制备方法 1

1.2静电纺丝技术 1

1.2.1静电纺丝机理 2

1.2.2静电纺丝装置 2

1.2.3静电纺丝种类 3

1.3空气过滤技术 4

1.3.1空气过滤机理 4

1.3.2空气过滤材料 4

1.4本课题研究的目的及内容 5

1.4.1本课题研究的目的及意义 5

1.4.2本课题的研究内容 5

第二章 PVDF纺丝工艺探究 7

2.1实验原料及设备 7

2.2实验方法 7

2.3实验结果分析 8

2.3.1纺丝液浓度对PVDF纳米纤维形貌的影响 8

2.3.2纺丝电压对PVDF纳米纤维形貌的影响 10

2.4本章小结 12

第三章 PVDF/PA6/Ag复合纳米纤维的制备及性能研究 13

3.1实验原料及设备 13

3.1.1PVDF/PA6复合纳米纤维膜的制备原料及设备 13

3.1.2纳米银粒子的制备原料及设备 13

3.1.3 PVDF/PA6/Ag纳米纤维膜的制备原料及设备 14

3.2实验方法 14

3.2.1 PVDF/PA6复合纳米纤维膜的制备 14

3.2.2纳米银粒子的制备 14

3.2.3 PVDF/PA6/Ag复合纳米纤维膜的制备 15

3.3实验结果分析 15

3.3.1 纳米纤维膜结构红外分析 15

3.3.2紫外图谱分析 16

3.3.3纳米银粒子的形貌分析 17

3.3.4 纳米纤维膜结晶性能分析 18

3.3.5 PVDF/PA6/Ag纳米纤维膜形貌分析 19

3.3.6 PVDF/PA6/Ag纳米纤维膜过滤性能测试 20

3.4本章小结 21

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 24

第一章 绪论

1.1纳米材料与纳米纤维

1.1.1纳米材料及其特点

纳米材料是指在空间中至少在一个方向上材料尺寸处于纳米范围内或在材料中包含有其他纳米尺度的物质。并且纳米材料具有四大效应：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应^[1,2]。而纳米材料正是通过这四大效应而发挥出其特殊的性能，使其在磁、光、电、热等方面具有不同于常规物质的性质

按基本结构单元，纳米材料可分为零维、一维和二维结构材料。零维结构指该材料在三个维度方向上都处于纳米级的尺度，如纳米粒子等；一维结构指该材料在空间中任意两个维度方向都处于纳米级的尺度，如纳米管和纳米纤维等；二维结构指该材料在空间中任意一个维度方向处于纳米级的尺度，如纳米片、超晶格等。相对于一维纳米材料，具有零维及二维结构的纳米材料研究起步较早。但自从1991年日本科学家饭岛澄男（S.Iijima）发现了碳纳米管以来，一维纳米材料便得到广泛的研究^[3]。而其他种类的一维纳米材料被发现得更晚一些，如半导体一维纳米材料是从1998才开始发展的。到目前为止一维纳米材料的研究发展迅速，并且已经实现了在电学、光学、生物医学等领域的应用。

1.1.2纳米纤维及其制备方法

纳米纤维作为一种非常重要的一维纳米结构材料，具有比表面积高、孔隙率高等特点，这些优异的特性使纳米纤维其有许多重要的用途，如生物医学领域中可用于骨折修复、制造仿生材料细胞支架^[4]等、过滤领域中可用于水过滤和空气过滤^[5]等、声光学的传感器等。