離子液體-有機(jī)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(jié)構(gòu)的離子液體與幾種極性不同的有機(jī)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(jī)溶劑的相互作用。在此基礎(chǔ)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(jìn)行了纖維素的紡絲試驗(yàn)。
　　首先研究了室溫下以[BMIM]+和[EMIM]+為陽(yáng)離子的離子液體與不同有機(jī)溶劑形成的混合體系的物化特性，包括密度、折光指數(shù)、粘度、電導(dǎo)率的變化。

2、
　　對(duì)于相同的離子液體[BMIM]Cl，分別與四種有機(jī)溶劑DMSO、乙腈、乙醇、丙酮混合.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DMSO極性大，與離子液體相互作用大而表現(xiàn)出具有最大的相溶性;丙酮介電常數(shù)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(shù)都隨著離子液體的含量增大而增大，電導(dǎo)率則隨著離子液體含量的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，密度結(jié)果表現(xiàn)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(jī)溶劑的極性對(duì)離子液體和有機(jī)溶劑之間的相互作用有顯著影響.有機(jī)溶劑的極性增大，增加了其與離子液體的相互作用，導(dǎo)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(duì)于以[EMIM]+為陽(yáng)離子、不同陰離子的離子液體，與乙醇混合，陰離子對(duì)混合體系的密度、折光指數(shù)、粘度、電導(dǎo)率的影響都不顯著，但與DMSO混合，陰離

4、子對(duì)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?yàn)?OAc-＞PO2(CH3)H-＞COOH-。
　　對(duì)離子液體/有機(jī)溶劑二元混合體系物化特性的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DMSO與離子液體與較強(qiáng)的相互作用，且可以降低離子液體的粘度，同時(shí)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(jìn)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(xiàn)，當(dāng)DMSO的添加量在1％-7％的

5、范圍內(nèi)，DMSO的加入導(dǎo)致溶液零切粘度減小，非牛頓指數(shù)增加。當(dāng)DMSO含量超過(guò)7％時(shí)，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(zhuǎn)變現(xiàn)象，且隨著DMSO含量的增大，凝膠轉(zhuǎn)變溫度也出現(xiàn)了先增大后減小的現(xiàn)象。結(jié)果說(shuō)明，離了液體與DMSO和纖維素的相互作用存在著競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，當(dāng)DMSO含量較低時(shí)，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(dāng)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(shù)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(huì)導(dǎo)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(dǎo)致體系粘度增大，且在較高溫度下就容易發(fā)生凝膠化現(xiàn)象。
　　在纖維素/[BMIM]Cl/DMSO溶液流變特性研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了干噴濕紡試驗(yàn)，當(dāng)DMSO含量在3％時(shí)不影響可紡性，紡絲溫度可以降低到8