高濃度海藻酸鈉溶液的特性、紡絲及纖維的應用研究.pdf

1、海藻酸鈉擁有來源豐富可再生、可生物降解、快速的凝膠性能和良好的生物相容性等優(yōu)異性能，被廣泛應用于藥物緩釋、組織工程支架、醫(yī)用敷料等領域，但國內外對于其在纖維的制備和應用等方面的研究尚處于初級階段。本文通過對海藻酸鈉溶液的液晶性能和流變性能的研究，設計完善了海藻酸鹽纖維濕法紡絲工藝，并利用高濃度海藻酸鈉(HCSA)溶液制備了海藻酸鹽纖維材料。同時，本文還進行了海藻酸鹽纖維的應用研究，通過高溫煅燒的方法，分別在高純氮氣和空氣中處理含有重金屬

2、離子Ni2+、Co2+的海藻酸鹽纖維，分別制得了金屬單質@多孔碳(Ni@C，Co@C)的復合材料和納米金屬氧化物(NiO，CoO)材料，并探討了兩種反應的機理。
　　 (1)海藻酸鈉分子的結構中關于G/M比例的信息可以分別利用液態(tài)1HNMR和13C交叉極化魔角自旋核磁共振(13CCR-MASNMR)進行測定。兩種測試方法與傳統(tǒng)化學法比較各有優(yōu)點，其中液態(tài)1HNMR測試樣品為常用的處理方法，其繁瑣且制備過程易影響測試結果;13CC

3、R-MASNMR可以直接對未水解處理的固體樣品進行測試，處理過程簡單迅速，且受外界影響較小，經過兩種方法測試及線性擬合的方法比較測試結果，得到相關系數r2=0.96;因此，可知兩種方法的測試結果基本吻合。
　　 (2)通過偏光顯微鏡(POM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)和流變分析儀等測試手段對海藻酸鈉溶液和海藻酸鈉膜的液晶性能進行了表征。分析結果表明:海藻酸鈉具有明顯的向列型溶致液晶行為。
　　 (3)

4、通過旋轉流變儀對HCSA溶液的流變性能進行了研究。研究結果發(fā)現，HCSA溶液粘度的靜態(tài)流變性能不同于低濃度海藻酸鈉溶液，特別是其粘度隨著濃度增加呈現指數級變化;其溶液呈現剪切變稀的非牛頓行為，粘度隨剪切速率升高而降低，但其剪切力隨剪切速率的升高先增大后減小。HCSA溶液的粘度指數α隨著剪切速率的升高而降低，結構粘度指數Δη隨著溶液濃度的升高而升高。陰離子型表面活性劑SDS和非離子型表面活性劑Triton的加入降低了Δη，有利于紡絲性能的

5、提高;一價金屬陽離子(Na+，K+)的加入增加了HCSA溶液的粘度提高了HCSA溶液的非牛頓指數。因此，在HCSA溶液的紡絲過程中，可以采用提高剪切速率、添加表面活性劑、提高紡絲液溫度、加入一價金屬陽離子Na+和K+等方法，調節(jié)HCSA溶液的可紡性從而達到改善紡絲條件的目的。
　　 (4)通過自行設計的高速剪切混合紡絲設備用HCSA溶液制得了適宜使用性能的海藻酸鈣纖維。根據分析紡絲過程中各影響因素對纖維成型和纖維強度的影響，確定

6、了HCSA溶液的最佳濕法紡絲條件為:紡絲溶液濃度為12wt％，紡絲溶液溫度80℃，凝固浴濃度7wt％，拉伸倍數為1.5倍時，制得纖維的強度較高，纖維的形貌較規(guī)則。
　　 (5)研究了含重金屬離子的海藻酸鹽纖維在復合材料制備方面的應用。分別通過在高純氮氣中高溫煅燒海藻酸鎳纖維和海藻酸鈷纖維的方法，制備了金屬鎳單質與多孔碳的復合纖維及金屬鈷單質與多孔碳的復合纖維(Ni@C，Co@C);分別通過在空氣中高溫煅燒海藻酸鎳纖維和海藻酸鈷纖