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研究生:陳冠傑
研究生(外文):Guan-JieChen
論文名稱:電紡聚(異丙基丙烯醯胺)/聚乙烯醇混摻水溶液
論文名稱(外文):Electrospinning of poly(N-isopropyl acrylamide) /poly vinyl alcohol blend aqueous solutions
指導教授:王紀
指導教授(外文):chiwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:混摻電紡絲聚異丙基丙烯醯胺聚乙烯醇電場模擬
外文關鍵詞:PNIPAMPVAblend solutionssimulate
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在傳統電紡裝置中外加一個施加電壓的圓孔電極板,使得劇烈甩動之纖維向收集板中心靠近以增加纖維膜收集之效率,也可解決液柱歪斜的問題,並探討此圓孔電極板的尺寸對於空間中電場的影響,並以溶液的介電性質探討溶液對空間中電場分布的影響以及電紡絲過程中液注受壓力的分布情形,發現泰勒錐所受壓力為1 kPa左右,經過apex處會上升至10 kPa,之後快速下降於液柱末端剩下0.1 Pa。接著以同軸雙管之電場模擬結果得知不同針長與角度對於電紡時空間中電場的影響程度,有助於挑選同軸雙管的紡口時能更有效率的得到較大的電場值,使電紡纖維更細。
使用純水為溶劑,將兩種生物可相容之高分子,聚乙烯醇與聚異丙基丙烯醯胺進行混摻並進行電紡。在進行混摻之前,以液柱雷射繞射的方式觀察PVA水溶液,發現其繞射圖譜的光強度為三種行為貢獻之總和。之後將混摻水溶液以0.2 oC/min升降溫並以光學顯微鏡觀察發現此混摻溶液無法藉由升降溫而使溶液成為一相並且相分離的domain於15 oC下將會因對比太弱而無法觀察到,因此本研究固定開始攪拌至電紡收集所經過的時間來控制混摻溶液的相分離程度,並選定15 oC為混摻攪拌及電紡時的溫度。將此低溫下以電紡絲製成的奈米纖維收集,探討不同參數對於此複合纖維形態的影響,以掃描式電子顯微鏡觀察其纖維外觀,並以穿透式電子顯微鏡觀察纖維內部結構,於穿透式電子顯微鏡下可以觀察到纖維內外部有不同的對比,對比並沒有完全在纖維的正中間因此確認為內部高分子與外部高分子因電子雲密度不同導致穿透率不同而產生的對比,而非纖維厚度所造成的對比,透過計算可得知兩種高分子的電子雲密度,藉此辨別出電紡纖維為core-shell fibers。

The scope of the research is finding the best parameters of the elcctrospinnig set-up and the electric force profile of the cone-jet by FEA simulation, and discussing the concentration effect and the composition effect of the electrospun fibers from PNIPAM/PVA blend aqueous solutions. We use SEM and TEM to observe the electrospun fibers to find what kind of composite fiber is it. By the research, we find the core-shell composite fiber and which polymer is in the core and shell individually with different composition of blend solutions. Then, we put a charged plate with a hole in the center of it in the electrospinnig system to want to let the electrospun nanofibers can be collected faster and more close to the center of collector, and to keep the jet straight. We also find the Maxima of the electric force profile appear near the cone apex. Finally, we simulate the coaxial electcrospinnig technique and change the difference between the lengths of inner needle and outer needle and the angle of the top of the needle to research the effects of the parameters for getting the stronger electric field and the thinner electrospun fibers.
摘要 i
Extended Abstract ii
致謝 xiv
目錄 xv
表目錄 xviii
圖目錄 xix
符號 xxiii
一、 前言 1
二、 簡介 2
2.1 電場 2
2.2 有限元素分析法(finite element analysis, FEA) 4
2.3 電紡絲之模式 5
2.4 電紡絲實驗之觀察 6
2.4.1 Taylor cone和jet 形態 6
2.4.2 纖維形態 6
三、 文獻回顧 9
3.1 聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol,PVA) 9
3.2 聚異丙基丙烯醯胺 (poly(N-isopropyl acrylamide),PNIPAM) 10
3.3 高分子混摻溶液的電紡絲 11
3.4 電紡絲製程中電場強度的相關模擬 12
四、 實驗 27
4.1 實驗藥品 27
4.2 實驗儀器 27
4.2.1 溶液性質 27
4.2.2 電紡絲儀器 28
4.2.3 分析儀器 29
4.3 實驗步驟 29
4.3.1 溶液配製 29
4.3.2 流變儀實驗 30
4.3.3 電紡絲實驗 30
4.3.4 雷射液柱圖譜分析 30
4.3.5 有限元素分析法(FEA)模擬軟體 31
4.3.6 問題分析與實驗流程 31
4.3.7 電紡絲實驗流程圖 33
4.3.8 以Flux 2D 模擬針底至收集板間電場實驗操作流程圖 34
五、 結果與討論 35
5.1 外加圓孔電極板的電場模擬 35
5.1.1 電極板施加電壓的影響 35
5.1.2 電極板厚度的影響 36
5.2 加入溶液系統的電場模擬 36
5.2.1 溶液系統對電場的影響 37
5.2.2 以介電性質計算液體表面所受之電荷力 37
5.3 同軸雙管的電場模擬 37
5.3.1 內外管長度差的影響 38
5.3.2 針銳利度的影響 38
5.4 純溶液性質 38
5.4.1 溶液折射率 39
5.4.2 溶液黏度 39
5.4.3 以雷射液柱繞射圖譜觀察電紡絲液柱 40
5.5 電紡7 wt%不同組成的混摻溶液 41
5.5.1 電紡纖維形態 41
5.6 電紡不同濃度的PNIPAM/PVA (95/5)的混摻溶液 41
5.6.1 Hc與Lj的變化 42
5.6.2 電紡溶液相變化觀察 42
5.6.3 電紡纖維形態 43
5.7 電紡9 wt%不同組成混摻溶液 43
5.7.1 電紡溶液相變化觀察 43
5.7.2 電紡纖維形態 44
5.7.3 纖維內部結構研究 45
六、 結論 99
七、 參考文獻 100

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