Rheological and morphological investigation on the electrospinning process of PVDF-HFP solutions in DMAc

Abstract

일반적으로 전기방사공정에서 방사온도가 나노섬유의 굵기가 감소하나 PVDF-HFP/DMAc 용액의 경우 굵기가 오히려 증가한다. 이 현상을 유변학적 방법으로 분석하였다. 희박용액에서 Huggins constant(K_(H))는 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 고유점도(intrinsic viscosity)는 온도 상승에 따라서 감소하는 현상을 보였다. 고농도 영역에서는 용액의 농도가 증가함에 따라 점도가 증가하였다. 특이하게 30 ℃ 에서 70 ℃ 범위 내에서 온도가 올라갈 수록 점도와 항복응력이 증가하는 거동을 나타내었다. 농도와 온도가 증가함에 따라 완화시간은 증가하였으며 50 ℃ 이상에서는 농도에 따른 완화시간 증가 효과는 줄어들었다. 전기방사의 섬유의 굵기는 방사하는 용액의 농도 및 점도에 크게 영향을 받는다. 실제 전기방사를 실시한 결과 농도와 온도가 증가할 수록 섬유의 직경이 증가하였으며 온도가 증가함에 따라 방사된 나노섬유 web은 복잡한 형태학적 특성을 보였다. X-ray 실험에 의하면 30℃에서 전기방사한 PVDF-HFP는 α- 및 γ-결정구조가 혼재된 형태를 갖고 있었으나 70 ℃에서 방사된 웹은 주로 α-결정구조를 갖고 있었다. DSC 실험결과도 이 결과를 뒷받침하였다.; In dilute solution, intrinsic viscosity was decreased with increasing temperature. The Huggins constant increased with increasing temperature. It meant that solvating power was decreased with increasing temperature. PVDF-HFP solutions in DMAc showed unusual rheological responses with temperature in the concentrated solution. The heterogeneity such as longer relaxation time, lower tan δ and higher yield stress increased with increasing temperature. The electrospun webs PVDF-HFP prepared by pure DMAc exhibited ‘beads on string’ morphology. On the other hand, the electrospun PVDF-HFP webs prepared by in DMAc/acetone, beads disappeared. Average diameters of electrospun nano fibers were slightly increased with increasing temperature. In DMAc/acetone co-solvent, crystal structure of electrospun PVDF-HFP webs changed from intermediate polar γ-form to non polar α-form with increasing temperature. DSC results supported WAXD patterns.