海藻酸钠与水溶性高分子共混产物的制备及其性能研究

摘要

海藻酸钠是一种以海洋中的海藻为原料，经精制提炼出天然的水溶性多糖聚合物，拥有环保、可降解、生物相容性好、原料来源丰富等特点。水性聚氨酯和聚乙烯醇具有优良的力学性能和环境友好的优点，是近年来合成水溶性高分子的研究热点。海藻酸钠与天然水溶性高分子共混，既能够将两者的优点结合，又能够弥补某种高分子材料的缺点。本文将海藻酸钠分别与水性聚氨酯和聚乙烯醇共混，制备了海藻酸钙/水性聚氨酯共混膜和海藻酸钙/聚乙烯醇共混纤维，并通过氧指数测试（LOI）、热稳重分析（TG）、红外光谱（FTIR）、电镜（SEM）、流变性能测试、吸水性能测试和拉伸试验对产物性能进行了表征。结果表明： （1）纯聚氨酯膜的极限氧指数为17.6，海藻酸钠的添加可以提高水性聚氨酯共混膜的阻燃性能，海藻酸钙/水性聚氨酯共混膜的氧指数随着海藻酸钠含量的上升而增加，最高可达39.5，其阻燃机理呈现明显的金属离子阻燃机制。结合XRD和热稳定分析，膜燃烧后的残渣为氧化钙和碳酸钙，随着海藻酸钠含量的增加，混合膜残渣的质量加大，残留物可以作为屏障或绝缘表面，隔绝氧气，减慢可燃性气体的扩散。共混膜随着海藻酸钠的加入，海藻酸钙/水性聚氨酯共混膜的拉伸强度先降低后升高，同时断裂伸长率降低。当海藻酸钠质量分数为50%时，共混膜的拉伸强度最低。 （2）聚乙烯醇的添加会引起海藻酸钠/聚乙烯醇共混溶液的初始粘度升高，对于加入硼酸的共混溶液上升更加明显，初始粘度增大。无论是未加入硼酸的共混溶液还是加入硼酸的共混溶液，都没有改变共混溶液的流变特性，共混溶液仍具有良好的纺丝性能，并且呈现“剪切变稀”。共混纤维具有明显的纤维形貌，相对纯海藻酸钙纤维，共混纤维的吸湿性能和吸水性能随着聚乙烯醇含量的增加而升高。共混纤维的拉伸强度随着聚乙烯醇含量的增加而下降，这一现象在提高牵伸比后有所改善，其中牵伸比2.0时，共混纤维强度可以达到2.08cN·dtex-1。

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学术硕士学位论文

摘 要

引 言

第一章 绪论

1.1海藻酸钠的结构及其性能

1.1.1海藻酸简介

1.1.2海藻酸钠的结构

1.1.3海藻酸钠的性能

1.1.4海藻酸钠的应用

1.2海藻纤维简介

1.2.1海藻纤维的制备工艺

1.2.2海藻纤维制备影响因素

1.2.3海藻纤维的优点

1.2.4功能性海藻纤维分类

1.2.5海藻酸盐共混纤维的研究现状

1.3水溶性高分子

1.3.1水溶性高分子概述

1.3.2水溶性高分子溶液的性质

1.3.3水溶性高分子分类

1.4共混方法的介绍

1.4.1物理共混法

1.4.2化学共混法

1.4.3化学物理共混法

1.5本论文研究的目的、意义及主要研究内容

第二章 海藻酸钙共混水性聚氨酯合成及表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验试剂

2.2.2实验设备与仪器

2.3共混膜的制备

2.4共混膜的测试

2.4.1极限氧指数测试

2.4.2外线光谱(FTIR)分析

2.4.3黏度测试

2.4.4离子含量测试

2.4.5热稳定测试

2.4.6 X射线衍射测试

2.4.7扫描电镜

2.4.8膜拉伸性能测试

2.5结论与讨论

2.5.1极限氧指数分析

2.5.2共混膜的红外光谱分析

2.5.3共混溶液黏度

2.5.4共混膜的钙离子含量

2.5.5共混膜的热稳定分析

2.5.6共混膜残渣的XRD分析

2.5.7共混膜残渣的表观形貌

2.5.8共混膜的拉伸性能分析

2.6本章小结

第三章 海藻酸钠/聚乙烯醇共混纤维的制备及表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2实验设备与仪器

3.3共混纤维的制备

3.3.1共混纺丝液的配制

3.3.2共混纤维的纺丝工艺

3.4共混纤维的测试

3.4.1流变测试

3.4.2纤维力学性能测试

3.4.3红外测试

3.4.4扫描电镜

3.4.5吸水性能测试

3.5结论与讨论

3.5.1共混溶液粘度分析

3.5.2纤维力学性能分析

3.5.3红外分析

3.5.4纤维的表面和截面

3.5.5共混纤维的亲水性

3.6本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

学位论文独创性声明