靜電紡抗紫外PVA/蘆丁納米纖維膜的制備及其性能研究

余嗣輝，陳紅霞

(內蒙古工業大學 輕工與紡織學院，內蒙古自治區 呼和浩特 010080)

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靜電紡抗紫外PVA/蘆丁納米纖維膜的制備及其性能研究

余嗣輝，陳紅霞*

(內蒙古工業大學 輕工與紡織學院，內蒙古自治區 呼和浩特 010080)

以聚乙烯醇(PVA)為原料，以蘆丁為改性劑，將PVA與蘆丁共混于去離子水中，通過靜電紡絲制備抗紫外PVA/蘆丁納米纖維膜，并對其性能進行表征。結果表明：靜電紡絲工藝條件為電壓20 kV，紡絲速度0.5 mL/h，接收距離10 cm，溫度30 ℃；加入少量蘆丁，對PVA靜電紡絲成纖性無影響，但纖維直徑增大，直徑均勻性變差；纖維中PVA與蘆丁之間存在氫鍵；相對PVA，蘆丁質量分數為4.76%時，PVA/蘆丁納米纖維膜的纖維平均直徑為302 nm，抗紫外系數大于40，具有良好的抗紫外性能。

聚乙烯醇纖維 蘆丁 共混 靜電紡絲 納米纖維膜 抗紫外性能

靜電紡絲是一種能夠簡單而有效地制備納米纖維的紡絲技術[1-2]，目前納米纖維已經被廣泛應用于化工、醫藥、食品、紡織等領域[3]。隨著大氣臭氧層的逐漸破壞和人們抗紫外意識和需求的逐漸提高，抗紫外產品逐漸受到青睞，應用范圍也逐漸擴大。傳統的抗紫外產品的功能性的實現方式主要為噴涂和涂層涂覆，產品在獲得抗紫外性能的同時，透氣性能無法保證。利用靜電紡絲技術負載改性劑制備的功能性納米纖維，一般都具有較好的透氣性能。聚乙烯醇(PVA)屬于生物可降解高分子材料[4]。PVA水溶性好，幾乎不溶于有機溶劑。PVA的溶解性受到醇解度和聚合度的影響，醇解度和聚合度越低，溶解越快。PVA易成膜，且膜的機械性能優良。PVA親水性極好，與親水性纖維有很好的粘結力。由于PVA具有強力粘結性、皮膜柔韌性、平滑性、氣體阻絕性、良好的成絲性，被用于生產涂料、乳化劑、粘合劑、分散劑、造紙，薄膜等產品，應用范圍遍及食品、紡織、建筑、醫療、印刷、造紙等行業[5]。蘆丁為天然的黃酮類高聚物，具有良好的抗炎抗菌作用，還具有良好的抗輻射性[6]。作者利用PVA和蘆丁靜電紡絲，制備納米纖維膜，并對其抗紫外性能進行了表征。

1 實驗

1.1 原料

PVA粉末：分析純，天津市博迪化工有限公司產；蘆丁：粉末狀，純度95%，阿拉丁試劑有限公司提供。

1.2 紡絲液的配制及靜電紡絲

將PVA和蘆丁共混溶于4 mL的去離子水中，其中PVA的質量為0.4 g，蘆丁(相對于PVA)的質量分數分別為0，2.43%，4.76%，6.98%。將配好的溶液在30 ℃下磁力攪拌12 h，制得紡絲液。

對紡絲液進行靜電紡絲并用鋁箔接收納米纖維。紡絲工藝參數為：外加電場電壓20 kV；紡絲速度0.5 mL/h，接收距離10 cm，溫度30 ℃，靜電紡絲得到PVA/蘆丁納米纖維膜，其中，蘆丁質量分數為0，2.43%，4.76%，6.98%的納米纖維膜分別標記為0#，1#，2#，3#試樣。將納米纖維膜試樣真空干燥12 h，并進行性能測試。

1.3 性能表征

表面形貌：將納米纖維膜噴上鉑金后，用日本電子株式會社制造的JSM-6460LV掃描電子顯微鏡(SEM)觀察纖維表觀形貌。

化學結構：將納米纖維膜利用壓片器壓成片后用美國鉑金埃爾默公司制造的Spectrum one-B傅里葉變換紅外光譜儀測試其化學結構。

抗紫外性能：采用溫州大榮紡織儀器有限公司制造的YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀，根據紡織品抗紫外標準GB/T(8830—2009)測試。納米纖維膜的紫外線UVA及UVB透過率，并計算抗紫外系數(UPF)。

2 結果與討論

2.1 表面形貌

由圖1和表1可以看出：純PVA水溶液的靜電紡納米纖維表面光滑，成絲良好，平均直徑為215 nm。隨著蘆丁的加入，納米纖維的直徑由215 nm逐漸增大到333 nm，這是由于蘆丁難溶于水和蘆丁所帶的苯環引起的，蘆丁在去離子水中的溶解度約為5%，不溶解的蘆丁以濁液狀存在于溶液中，且蘆丁粒徑很小，遠小于納米纖維直徑，所以蘆丁粉末被包覆在纖維中，當蘆丁添加量較小時，纖維直徑略有增大。當蘆丁質量分數為2.43%～6.98%時，纖維直徑均勻性變差，但纖維表面光滑，沒有串珠和液滴產生，這表明當蘆丁質量分數低于6.98%時，蘆丁對于PVA靜電紡納米纖維的成纖性影響不大。

圖1 PVA/蘆丁納米纖維膜試樣的SEM照片

表1 PVA/蘆丁納米纖維膜的纖維平均直徑

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

試樣纖維平均直徑/nm0#2151#2802#3023#333

2.2 化學結構

圖2 PVA與蘆丁以及PVA/蘆丁納米纖維膜的紅外光譜

2.3 抗紫外性能

由圖3可知，隨著蘆丁含量的增加，PVA/蘆丁納米纖維膜的UVA和UVB透過率逐漸減小，當蘆丁質量分數為2.43%時，納米纖維膜的UVA和UVB透過率均低于5%。

圖3 試樣的UVA及UVB透過率曲線

由表2可知，當蘆丁質量分數達到4.76%時，PVA/蘆丁納米纖維膜的UPF高于40。根據GB/T 18830—2009“當同時滿足UVA/UVB透過率低于5%，UPF值高于40時可稱為抗紫外產品”，因此，當蘆丁質量分數達到4.76%時，PVA/蘆丁靜電紡納米纖維膜為合格的抗紫外產品。

表2 PVA/蘆丁納米纖維膜試樣的UPF

Tab.2 UPF of PVA/rutin nanofibrous membranes

試樣UPF0#161#292#40+3#50+

3 結論

a. PVA/蘆丁靜電紡納米纖維有良好的纖維形態，加入蘆丁纖維直徑增加，纖維直徑分布均勻性變差，但纖維表面光滑，靜電紡絲成纖性好。

b. PVA和蘆丁經復合紡絲后，PVA與蘆丁大分子之間發生氫鍵作用。

c. 蘆丁能明顯提高PVA/蘆丁納米纖維膜的抗紫外性能，當蘆丁的質量分數達到4.76%時，可得到合格的抗紫外產品。

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

[2]劉亮，徐山青. 電紡聚丙烯腈β-環糊精納米纖維的吸附性能[J]. 上海紡織科技，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，賈永堂，劉青青，等. PLLA/PVP共混靜電紡絲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.

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[6]林建原,駱林峰,陳亮,等.稀土鑭-蘆丁配合物的合成與表征及其抑菌活性[J].紡織學報,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.

?國內外動態?

漢邦采用英威達技術擴能精對苯二甲酸

2016年4月7日，英威達公司與漢邦石化(江陰)有限公司(也稱作漢邦)共同宣布：漢邦公司二期2 200 kt/a精對苯二甲酸(PTA)裝置于2016年3月14日成功開車，并于開車后24 h之內生產出合格產品。

漢邦二期PTA裝置采用了英威達E2R技術、溶劑交換技術和R2R技術，在投資、操作成本和環保方面均進一步增強了技術的競爭性。其低成本溶劑交換技術已在一期600 kt/a PTA裝置上得到了成功應用，并且應用國產的旋轉壓力過濾機進一步降低了其成本。

除了采用英威達技術建成投產兩套共計2 800 kt/a的PTA生產線外，漢邦還在興建一套采用英威達技術的瓶級聚酯裝置。

(通訊員 鄭寧來)

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。

余嗣輝(1989—)，男，碩士研究生，主要研究方向為功能性靜電紡納米纖維和紡織機械自動化。E-mail：398991974@qq.com。

*通訊聯系人。E-mail：734429229 @qq.com。

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1001- 0041(2016)03- 0045- 03