離子液體-極性非質(zhì)子溶劑對(duì)纖維素的溶解及其紡絲性能研究.pdf

1、隨著近年來(lái)石油資源日益緊張以及其對(duì)環(huán)境污染造成的一系列問(wèn)題，價(jià)格低廉可再生的纖維素引起了極大關(guān)注。但是纖維素由于其獨(dú)特的強(qiáng)氫鍵結(jié)構(gòu)，不能熔融，只能溶解在特殊溶劑中。粘膠法是目前國(guó)內(nèi)采用最廣泛的纖維素纖維生產(chǎn)方法，但其生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境造成極大的污染。近十多年來(lái)離子液體作為一種新型綠色的纖維素溶劑蓬勃發(fā)展，但存在熔點(diǎn)高、粘度大、溶解效率低、溶解溫度高等問(wèn)題，易導(dǎo)致再生纖維素降解嚴(yán)重，并且離子液體成本較高。本課題主要通過(guò)向傳統(tǒng)咪唑型離子液體添加

2、合適的極性非質(zhì)子溶劑來(lái)優(yōu)化其對(duì)纖維素的溶解性能，大幅度減少離子液體用量以降低溶劑成本，在該溶液體系流變性能研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了在室溫條件下對(duì)此溶液體系的高濃度纖維素溶液進(jìn)行濕法紡絲。
　　向傳統(tǒng)離子液體[Emim]Ac中添加DMSO、DMF、DMAc三種極性非質(zhì)子溶劑，測(cè)定了50℃下纖維素在不同復(fù)合溶劑中的溶解性能，結(jié)果表明[Emim]Ac/DMSO復(fù)合溶劑對(duì)纖維素溶解效果最優(yōu)，并且當(dāng)DMSO的添加量占溶劑總質(zhì)量的70％時(shí)效果最佳

3、，同時(shí)通過(guò)電導(dǎo)率及1H NMR測(cè)試研究了極性非質(zhì)子溶劑對(duì)纖維素溶解機(jī)理的影響。通過(guò) FT-IR、TGA、SEM及力學(xué)性能測(cè)試等方法對(duì)不同比例[Emim]Ac/DMSO溶劑再生得到的纖維素膜進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，該溶劑為纖維素的直接溶劑，并且隨著溶劑中 DMSO含量增加，再生纖維素膜的結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性、斷裂強(qiáng)度及聚合度均有所降低，表明復(fù)合溶劑對(duì)纖維素分子鏈及結(jié)晶區(qū)的有較強(qiáng)的破壞作用。
　　對(duì)10wt%纖維素/[Emim]Ac/DMSO溶液進(jìn)

4、行流變性能測(cè)試，結(jié)果表明：(1)該溶液體系呈現(xiàn)典型的假塑性流體行為，隨著溫度的升高或溶劑中 DMSO含量的增加溶液可紡性提高，并且適當(dāng)提高剪切速率或DMSO含量可降低溶液對(duì)溫度的敏感性；(2)動(dòng)態(tài)測(cè)試表明在低頻區(qū)，纖維素溶液的儲(chǔ)能模量G'小于耗能模量G"，表現(xiàn)出黏性行為，隨著頻率升高G'~ω和G"~ω兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，之后G'大于G"，溶液逐漸表現(xiàn)出彈性行為；并且隨著溶劑中 DMSO含量的降低，纖維素溶液更易在較低角頻率下表現(xiàn)出彈性行為

5、。
　　選取20%[Emim]Ac/80%DMSO混合溶劑實(shí)現(xiàn)對(duì)10wt%纖維素的溶解并在25℃下進(jìn)行濕法紡絲，并研究不同工藝條件對(duì)再生纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明最佳的紡絲工藝條件如下：凝固浴組分為15%溶劑/85%H2O，凝固浴溫度為25℃，噴頭拉伸比為0.96倍，一級(jí)水浴牽伸比為1.78倍，水浴溫度為100℃。最優(yōu)條件下獲得的纖維素纖維表面光滑，截面近圓形，且結(jié)構(gòu)致密均勻；斷裂強(qiáng)度最大可達(dá)到2.43cN/dtex，伸長(zhǎng)率為