離子液體-有機溶劑混合體系特性及其纖維素溶液紡絲成形研究.pdf

1、本文研究了不同結構的離子液體與幾種極性不同的有機溶劑的混溶性以及二元混合體系的物化特性，討論了離子液體與有機溶劑的相互作用。在此基礎上，選擇1-丁基-3-甲基咪唑氯化物/二甲基亞砜([BMIM]Cl/DMSO)為溶劑，研究了纖維素在此溶劑中的溶解、溶液特性并進行了纖維素的紡絲試驗。
　　首先研究了室溫下以[BMIM]+和[EMIM]+為陽離子的離子液體與不同有機溶劑形成的混合體系的物化特性，包括密度、折光指數、粘度、電導率的變化。

2、
　　對于相同的離子液體[BMIM]Cl，分別與四種有機溶劑DMSO、乙腈、乙醇、丙酮混合.結果發(fā)現，DMSO極性大，與離子液體相互作用大而表現出具有最大的相溶性;丙酮介電常數小，在一定的濃度下與離子液體不相溶，發(fā)生明顯的相分離。乙腈和乙醇與離子液體具有中等的相溶性.四種混合體系的折光指數都隨著離子液體的含量增大而增大，電導率則隨著離子液體含量的增大呈現出先增大后減小的趨勢，密度結果表現出特殊性.[BMIM]Cl中加入乙腈、乙醇、

3、丙酮，混合體系密度隨離子液體的含量增大而增大，但DMSO的加入，混合體系的密度隨離子液體含量的增加略有減小，這表明有機溶劑的極性對離子液體和有機溶劑之間的相互作用有顯著影響.有機溶劑的極性增大，增加了其與離子液體的相互作用，導致混合體系體積減小，密度增大，偏離理想混合溶液的特性。
　　對于以[EMIM]+為陽離子、不同陰離子的離子液體，與乙醇混合，陰離子對混合體系的密度、折光指數、粘度、電導率的影響都不顯著，但與DMSO混合，陰離

4、子對混合體系物化特性的影響非常顯著.概括而言，DMSO與三種陰離子的相互作用大小排序為:OAc-＞PO2(CH3)H-＞COOH-。
　　對離子液體/有機溶劑二元混合體系物化特性的研究結果發(fā)現，DMSO與離子液體與較強的相互作用，且可以降低離子液體的粘度，同時考慮DMSO與纖維素有弱的相容性，因此選擇[BMIM]Cl/DMSO為混合溶劑，進一步研究纖維在混合溶劑中的溶解和紡絲成形。流變特性研究發(fā)現，當DMSO的添加量在1％-7％的

5、范圍內，DMSO的加入導致溶液零切粘度減小，非牛頓指數增加。當DMSO含量超過7％時，溶液零切粘度增大。隨著溫度的降低，能夠觀察到纖維素/[BMIM]Cl/DMSO體系的溶膠-凝膠的轉變現象，且隨著DMSO含量的增大，凝膠轉變溫度也出現了先增大后減小的現象。結果說明，離了液體與DMSO和纖維素的相互作用存在著競爭現象，當DMSO含量較低時，DMSO與少量離子液體發(fā)生相互作用，在溶液中起到了稀釋劑的作用，不影響離了液體與纖維素的作用，也并

6、不影響纖維素大分子的聚集形態(tài);而當DMSO含量增大到一定程度，與離子液體發(fā)生相互作用的摩爾數增大，弱化了離了液體與纖維素的相互作用，且DMSO并不是纖維的良溶劑，與纖維素接觸會導致大分子發(fā)生聚集，影響纖維素大分子在溶液中的聚集形態(tài)，從而導致體系粘度增大，且在較高溫度下就容易發(fā)生凝膠化現象。
　　在纖維素/[BMIM]Cl/DMSO溶液流變特性研究的基礎上，進行了干噴濕紡試驗，當DMSO含量在3％時不影響可紡性，紡絲溫度可以降低到8