Bài viết tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch PVA đến khả năng tạo màng xơ nano, cũng như tính chất của màng xơ nano.
ISSN 2354-0575 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH ĐẾN TÍNH CHẤT MÀNG XƠ NANO Đào Anh Tuấn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Ngày tòa soạn nhận báo: 12/04/2020 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 10/06/2020 Ngày báo duyệt đăng: 25/06/2020 Tóm tắt Nồng độ dung dịch yếu tố ảnh hưởng đến tính chất màng xơ nano tạo phương pháp kéo sợi tĩnh điện nói chung, đặc biệt phương pháp kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt dung dịch Trong báo này, tác giả sử dụng dung dịch PolyVinyl Alcohol (PVA) với nồng độ khác để tạo màng xơ nano phương pháp kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt Loại PVA sử dụng có khối lượng phân tử 80000 g/mol, hòa tan nước nồng độ khác 8%, 10%, 12%, 14% Kết cho thấy, với dung dịch PVA 8% tạo sợi phương phương pháp kéo sợi từ bề mặt; với dung dịch lại, tăng nồng độ dung dịch, làm tăng đường kính xơ nano, tăng lực kéo sợi dung dịch Các tính chất sức căng bề mặt độ dẫn điện dung dịch kiểm tra để giải thích kết báo Từ khóa: kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt, poly (vinyl alcohol), màng xơ nano Đặt vấn đề D Lucas cộng [1] giới thiệu chi tiết nguyên lý tạo màng xơ nano, ảnh hưởng thông số nồng độ dung dịch, sức căng bề mặt, độ dẫn điện dung dịch kéo sợi tới đường kính xơ màng xơ nano Điều Đào Anh Tuấn cộng [2] khẳng định xác định ảnh hưởng nồng độ thông số công nghệ đến đường kính hình thái học xơ nano Tuy nhiên, kết thực theo phương pháp kéo sợi tĩnh điện dùng kim phun, mật độ điện tích tập trung đầu kim phun, làm cho trình kéo sợi diễn thuận lợi hơn, lại khó có khả ứng dụng cơng nghiệp Tác giả Đào Anh Tuấn cộng [3] giới thiệu đóng góp tiềm màng xơ nano tạo phương pháp kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này, điện tích bị phân bố bề mặt, không tập trung phương pháp dùng kim phun, nên thông số dung dịch, thông số công nghệ, thông số môi trường ảnh hưởng nhiều đến khả kéo sợi, tính chất màng xơ nao Do báo tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch PVA đến khả tạo màng xơ nano, 108 tính chất màng xơ nano Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Trong báo, tác giả sử dụng PVA có khối lượng phân tử 80000 g/mol, có độ tinh khiết 88%, hịa tan nước nồng độ khác 8%, 10%, 12%, 14%, ký hiệu mẫu tương ứng P808; P80-10; P80-12; P80-14 Trước đưa mẫu dung dịch tạo xơ, mẫu kiểm tra số tính chất sau: - Đo sức căng bề mặt thiết bị Kruss - Đo độ dẫn điện thiết bị Radelkis Sau đó, mẫu dung dịch đem tạo xơ thiết bị kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt Bảng 2.1 thể thông số công nghệ điều kiện môi trường thực tạo xơ cho tất mẫu dung dịch Bảng 2.1 Thông số điều kiện tạo xơ nano Chiều dài trục quay (mm) 145 Đường kích trục quay (mm) 20 Tốc độ trục quay (v/p) Khoảng cách từ trục quay đến màng thu (mm) Điện áp (kV) Độ ẩm buồng tạo xơ (%) Nhiệt độ buồng tạo xơ (0C) 120 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 60 30 25 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Năng lực tạo xơ (Throughput) xác địch sau màng xơ tạo Đường kính xơ xơ xác định thiết bị Feico Scanning Electron Microscope phần mềm LUCIA Kết bàn luận Kết đo sức căng bề mặt độ dẫn điện dung dịch PVA thể Bảng 3.1: Bảng 3.1 Tính chất mẫu dung dịch Kỹ hiệu mẫu P80-8 P80-10 P80-12 P80-14 dung dịch Sức căng bề mặt 46.9 47.3 47.7 48.1 (mN/m) Độ dẫn điện 0.63 0.65 0.71 0.78 (mS/cm) Từ số liệu Bảng 3.1 ta thấy, tăng nồng độ dung dịch sức căng bề mặt dung dịch độ dẫn điện dung dịch tăng lên, không đáng kể Trong trình tạo màng xơ nano, mẫu P80-8 khơng tạo xơ nano, mẫu lại thực thiện được, Hình 3.1 c) P80-14 Hình 3.1 Ảnh SEM màng xơ nano mẫu Sử dụng màng xơ nano để xác định lực tạo xơ đường kính xơ Kết thể Bảng 3.2 Bảng 3.2 Tính chất màng xơ Mẫu dung dịch P80-8 P80-10 P80-12 P80-14 Năng lực tạo xơ 0.236 0.526 0.835 (g/min/m) Đường kính xơ 175 248 305 (nm) Kết Bảng 3.2 thể biểu đồ Hình 3.1 sau: a) P80-10 Hình 3.2 Ảnh hưởng nồng độ đến lực tạo xơ đường kính xơ Từ kết bảng 3.1, bảng 3.2 hình 3.2 ta thấy: b) P80-12 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Nồng độ dung dịch không ảnh hưởng nhiều đến độ dẫn điện sức căng bề mặt dung dịch Nồng độ dung dịch ảnh hưởng mạnh đến lực tạo xơ đường kính xơ Nếu nồng độ dung Journal of Science and Technology 109 ISSN 2354-0575 dịch không đủ lớn, liên kết mạch đại phân tử dung dịch không đủ chặt chẽ, nên lực tĩnh điện không kéo lên để tạo xơ Cụ thể với dung dịch PVA 80000 g/mol, nồng độ nhỏ 8% không thực tạo xơ nano phương pháp kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt Với dung dịch có nồng độ từ 10% trở lên, tạo màng xơ nano Khi tăng nồng độ dung dịch từ 10% đến 14% đường kính xơ tăng từ 175 nm đến 305 nm Tương tự vậy, tăng nồng độ dung dịch lực tạo xơ tăng lên từ 0.236 g/m/phút đến 0.835 g/m/phút Điều giải thích rằng, tăng nồng độ dung dịch cự ly mạnh đại phân tử polymer PVA giảm xuống, làm tăng khả liên kết chúng, lực tĩnh điện kéo dòng xơ khỏi dung dịch kéo nhiều polymer hơn, làm tăng đường kính xơ lực tạo xơ Kết luận Từ kết ta có kết luận rằng, sử dụng phương pháp kéo sợi tĩnh điện từ bề mặt, để tạo màng xơ nano từ dung dịch polymer nồng độ dung dịch ảnh hưởng mạnh đến lực tạo xơ đường kính xơ Nếu nồng độ nhỏ, không tạo xơ Ở phạm vi tạo xơ, đường kính xơ lực tạo xơ tăng tăng nồng độ dung dịch Tài liệu tham khảo [1] D Lukas, A Sarkar, L Martinova, K Vodsed’alkova, D Lubasova et al Physical principles of elctrospinning, Textile Progress Vol 41, No.2, 2009 [2] Đào Anh Tuấn, Vũ Thị Ngọc Thủy, Nguyễn Hồng Thái, Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch cường độ điện áp trình kéo sợi tĩnh điện đến hình thái học màng xơ nano Tạp chí khí Việt Nam, số 11 năm 2016, 0866-7056 [3] A T Dao and O Jirsak, Contribution to study of needless electrospinning mechanism, In: NANOFIBERS FOR THE 3RD MILLENNIUM – NANO FOR LIFE™ conference, Prague, CZ March 2009 EFFECT OF SOLUTION CONCENTRATION ON NANOFIBERS MEMBRANCE PROPERTIES Abstract: Solution’s concentration is one of the most important factors effects on properties nanofibers membrane, which is made by needle electrospinning method, especially by needless electrospinning method In this paper, author used Polyvinyl alcohol (PVA) solution in different concentration as material to make nanofibers membrance throught needless electrospinning method Molecular weight of PVA is 80000 g/mol, which was used to make PVA solutions with different concentration as 8%, 10%, 12% and 14% The results show that, beside PVA 8% could not be spun, the others could spun By increasing solution concentration, fibers diameters increase, and spinning performance also increase Surface tension and conductivity of PVA solutions were also measured, and this parameters were used to explain the results in nano fibers memberance properties Keywords: needless electrospinning, poly (vinyl alcohol), nanofibers membrance 110 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Journal of Science and Technology ... Số 26/Tháng - 2020 Nồng độ dung dịch không ảnh hưởng nhiều đến độ dẫn điện sức căng bề mặt dung dịch Nồng độ dung dịch ảnh hưởng mạnh đến lực tạo xơ đường kính xơ Nếu nồng độ dung Journal of Science... mặt Với dung dịch có nồng độ từ 10% trở lên, tạo màng xơ nano Khi tăng nồng độ dung dịch từ 10% đến 14% đường kính xơ tăng từ 175 nm đến 305 nm Tương tự vậy, tăng nồng độ dung dịch lực tạo xơ tăng... Hình 3.1 Ảnh SEM màng xơ nano mẫu Sử dụng màng xơ nano để xác định lực tạo xơ đường kính xơ Kết thể Bảng 3.2 Bảng 3.2 Tính chất màng xơ Mẫu dung dịch P80-8 P80-10 P80-12 P80-14 Năng lực tạo xơ 0.236