静电纺抗紫外PVA/芦丁纳米纤维膜的制备及其性能研究

余嗣辉，陈红霞

(内蒙古工业大学 轻工与纺织学院，内蒙古自治区 呼和浩特 010080)



静电纺抗紫外PVA/芦丁纳米纤维膜的制备及其性能研究

余嗣辉，陈红霞*

(内蒙古工业大学 轻工与纺织学院，内蒙古自治区 呼和浩特 010080)

以聚乙烯醇(PVA)为原料，以芦丁为改性剂，将PVA与芦丁共混于去离子水中，通过静电纺丝制备抗紫外PVA/芦丁纳米纤维膜，并对其性能进行表征。结果表明：静电纺丝工艺条件为电压20 kV，纺丝速度0.5 mL/h，接收距离10 cm，温度30 ℃；加入少量芦丁，对PVA静电纺丝成纤性无影响，但纤维直径增大，直径均匀性变差；纤维中PVA与芦丁之间存在氢键；相对PVA，芦丁质量分数为4.76%时，PVA/芦丁纳米纤维膜的纤维平均直径为302 nm，抗紫外系数大于40，具有良好的抗紫外性能。

聚乙烯醇纤维 芦丁 共混 静电纺丝 纳米纤维膜 抗紫外性能

静电纺丝是一种能够简单而有效地制备纳米纤维的纺丝技术[1-2]，目前纳米纤维已经被广泛应用于化工、医药、食品、纺织等领域[3]。随着大气臭氧层的逐渐破坏和人们抗紫外意识和需求的逐渐提高，抗紫外产品逐渐受到青睐，应用范围也逐渐扩大。传统的抗紫外产品的功能性的实现方式主要为喷涂和涂层涂覆，产品在获得抗紫外性能的同时，透气性能无法保证。利用静电纺丝技术负载改性剂制备的功能性纳米纤维，一般都具有较好的透气性能。聚乙烯醇(PVA)属于生物可降解高分子材料[4]。PVA水溶性好，几乎不溶于有机溶剂。PVA的溶解性受到醇解度和聚合度的影响，醇解度和聚合度越低，溶解越快。PVA易成膜，且膜的机械性能优良。PVA亲水性极好，与亲水性纤维有很好的粘结力。由于PVA具有强力粘结性、皮膜柔韧性、平滑性、气体阻绝性、良好的成丝性，被用于生产涂料、乳化剂、粘合剂、分散剂、造纸，薄膜等产品，应用范围遍及食品、纺织、建筑、医疗、印刷、造纸等行业[5]。芦丁为天然的黄酮类高聚物，具有良好的抗炎抗菌作用，还具有良好的抗辐射性[6]。作者利用PVA和芦丁静电纺丝，制备纳米纤维膜，并对其抗紫外性能进行了表征。

1 实验

1.1 原料

PVA粉末：分析纯，天津市博迪化工有限公司产；芦丁：粉末状，纯度95%，阿拉丁试剂有限公司提供。

1.2 纺丝液的配制及静电纺丝

将PVA和芦丁共混溶于4 mL的去离子水中，其中PVA的质量为0.4 g，芦丁(相对于PVA)的质量分数分别为0，2.43%，4.76%，6.98%。将配好的溶液在30 ℃下磁力搅拌12 h，制得纺丝液。

对纺丝液进行静电纺丝并用铝箔接收纳米纤维。纺丝工艺参数为：外加电场电压20 kV；纺丝速度0.5 mL/h，接收距离10 cm，温度30 ℃，静电纺丝得到PVA/芦丁纳米纤维膜，其中，芦丁质量分数为0，2.43%，4.76%，6.98%的纳米纤维膜分别标记为0#，1#，2#，3#试样。将纳米纤维膜试样真空干燥12 h，并进行性能测试。

1.3 性能表征

表面形貌：将纳米纤维膜喷上铂金后，用日本电子株式会社制造的JSM-6460LV扫描电子显微镜(SEM)观察纤维表观形貌。

化学结构：将纳米纤维膜利用压片器压成片后用美国铂金埃尔默公司制造的Spectrum one-B傅里叶变换红外光谱仪测试其化学结构。

抗紫外性能：采用温州大荣纺织仪器有限公司制造的YG(B)912E型纺织品防紫外性能测试仪，根据纺织品抗紫外标准GB/T(8830—2009)测试。纳米纤维膜的紫外线UVA及UVB透过率，并计算抗紫外系数(UPF)。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌

由图1和表1可以看出：纯PVA水溶液的静电纺纳米纤维表面光滑，成丝良好，平均直径为215 nm。随着芦丁的加入，纳米纤维的直径由215 nm逐渐增大到333 nm，这是由于芦丁难溶于水和芦丁所带的苯环引起的，芦丁在去离子水中的溶解度约为5%，不溶解的芦丁以浊液状存在于溶液中，且芦丁粒径很小，远小于纳米纤维直径，所以芦丁粉末被包覆在纤维中，当芦丁添加量较小时，纤维直径略有增大。当芦丁质量分数为2.43%～6.98%时，纤维直径均匀性变差，但纤维表面光滑，没有串珠和液滴产生，这表明当芦丁质量分数低于6.98%时，芦丁对于PVA静电纺纳米纤维的成纤性影响不大。

图1 PVA/芦丁纳米纤维膜试样的SEM照片

表1 PVA/芦丁纳米纤维膜的纤维平均直径

Tab.1 Fiber average diameter of PVA/rutin nanofiberous membranes

试样纤维平均直径/nm0#2151#2802#3023#333

2.2 化学结构

图2 PVA与芦丁以及PVA/芦丁纳米纤维膜的红外光谱

2.3 抗紫外性能

由图3可知，随着芦丁含量的增加，PVA/芦丁纳米纤维膜的UVA和UVB透过率逐渐减小，当芦丁质量分数为2.43%时，纳米纤维膜的UVA和UVB透过率均低于5%。

图3 试样的UVA及UVB透过率曲线

由表2可知，当芦丁质量分数达到4.76%时，PVA/芦丁纳米纤维膜的UPF高于40。根据GB/T 18830—2009“当同时满足UVA/UVB透过率低于5%，UPF值高于40时可称为抗紫外产品”，因此，当芦丁质量分数达到4.76%时，PVA/芦丁静电纺纳米纤维膜为合格的抗紫外产品。

表2 PVA/芦丁纳米纤维膜试样的UPF

Tab.2 UPF of PVA/rutin nanofibrous membranes

试样UPF0#161#292#40+3#50+

3 结论

a. PVA/芦丁静电纺纳米纤维有良好的纤维形态，加入芦丁纤维直径增加，纤维直径分布均匀性变差，但纤维表面光滑，静电纺丝成纤性好。

b. PVA和芦丁经复合纺丝后，PVA与芦丁大分子之间发生氢键作用。

c. 芦丁能明显提高PVA/芦丁纳米纤维膜的抗紫外性能，当芦丁的质量分数达到4.76%时，可得到合格的抗紫外产品。

[1] Wang Ping,He Jihuan.Electrospun polyvinyl alcohol-milk nanofibers[J]. Therm Sci, 2013,17( 5):1515-1516.

[2]刘亮，徐山青. 电纺聚丙烯腈β-环糊精纳米纤维的吸附性能[J]. 上海纺织科技，2014,42(3)：5-8.

Liu Liang,Xu Shanqing.The adsorption performance of β-cyclodextrin functionalized polyacrylonitrile (PAN) electrospun nanofibers[J].Shanghai Text Sci Tech,2014,42(3):5-8.

[3]朱湘英，贾永堂，刘青青，等. PLLA/PVP共混静电纺丝相貌表征及性能研究[J]. 化工新型材料，2012,40(7)：91-93.

Zhu Xiangying, Jia Yongtang, Liu Qingqing, et al. Study on morphology and characterization of PLLA/PVP blends via electrospinning[J]. New Chem Mater, 2012,40(7):91-93.

[4]Wang Ping, He Jihuan. Electrospun polyvinyl alcohol-honey nanofibers[J]. Therm Sci,2013,17(5):1549-1550.

[5]Lee H W, Karim M R, Ji H C, et al. Electrospinning fabrication and characterization of poly(vinyl alcohol)/montmorillonite nanofiber mats[J]. J Appl Polym Sci,2009,(113) 3:1860-1867.

[6]林建原,骆林峰,陈亮,等.稀土镧-芦丁配合物的合成与表征及其抑菌活性[J].纺织学报,2015,33(5):81-85,90.

Lin Jianyuan,Luo Linfeng,Chen Liang,et al.Synthesis, characterization and antibacterial activity of rare earth lanthanum-rutin complex[J].J Text Res,2012,33(5):81-85,90.

◀国内外动态▶

汉邦采用英威达技术扩能精对苯二甲酸

2016年4月7日，英威达公司与汉邦石化(江阴)有限公司(也称作汉邦)共同宣布：汉邦公司二期2 200 kt/a精对苯二甲酸(PTA)装置于2016年3月14日成功开车，并于开车后24 h之内生产出合格产品。

汉邦二期PTA装置采用了英威达E2R技术、溶剂交换技术和R2R技术，在投资、操作成本和环保方面均进一步增强了技术的竞争性。其低成本溶剂交换技术已在一期600 kt/a PTA装置上得到了成功应用，并且应用国产的旋转压力过滤机进一步降低了其成本。

除了采用英威达技术建成投产两套共计2 800 kt/a的PTA生产线外，汉邦还在兴建一套采用英威达技术的瓶级聚酯装置。

(通讯员 郑宁来)

Preparation and properties of anti-ultraviolet electrospun PVA/rutin nanofibrous membrane

Yu Sihui, Chen Hongxia

(CollegeofTextileandLightIndustry,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Huhhot010080)

An anti-ultraviolet polyvinyl alcohol(PVA)/rutin nanofibrous membrane was prepared by blending PVA as raw material and rutin as a modifier in deionized water via electrospinning process. The properties of PVA/rutin nanofibrous membrane were characterized. The results showed that the electrospinning conditions were optimized as followed: voltage 20 kV, spinning speed 0.5 mL/h, collection distance 10 cm, temperature 30 ℃; a small amount of rutin gave no effect on the formation of electrospun fiber, but caused the fiber diameter to increase and the diameter uniformity to decrease; the hydrogen bond existed between PVA and rutin in the fiber; and the PVA/rutin nanofiberous membrane had the fiber average diameter of 302 nm and fairly good anti-ultraviolet property with the anti-ultraviolet coefficient above 40 as the mass fraction of rutin was 4.76% based on PVA.

polyvinyl alcohol fiber; rutin; blending; electrospinning; nanofiberous membrane; anti-ultraviolet property

2015-10-12； 修改稿收到日期：2016- 05- 03。

余嗣辉(1989—)，男，硕士研究生，主要研究方向为功能性静电纺纳米纤维和纺织机械自动化。E-mail：398991974@qq.com。

*通讯联系人。E-mail：734429229 @qq.com。

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1001- 0041(2016)03- 0045- 03