氢氧化钠/尿素水体系预处理棉纤维及其应用研究

摘要

棉纤维是一种重要的工业原料，作为自然界最纯净的纤维素在轻工、化学、医药、国防等工业领域得到广泛应用。但是，棉纤维致密的结晶结构和较高的聚合度导致其结晶度较高，限制了其有效利用。因此，降低棉纤维结晶度，提高其反应性能显得尤为重要。氢氧化钠/尿素水体系是一种成本较低、无毒无污染、绿色环保的非衍生化纤维素溶剂，对纤维素的溶解能力较强。本文利用氢氧化钠/尿素水体系对棉纤维进行预处理，以期有效降低纤维素的结晶度，提高其可及度以及反应活性，促进其进一步应用。
　　本文对氢氧化钠/尿素水体系预处理棉纤维的工艺条件进行了研究。通过控制该体系中溶解温度、组分配比、体系量、反应时间和搅拌速度等因素，对棉纤维进行适度预处理并抑制其溶解。分别通过单因素和正交设计实验分析和研究了上述各因素对预处理效果的影响情况和显著程度，结果说明:体系处理纤维能力随体系温度的减小以及碱/尿比、搅拌时间、搅拌速度的增加而增加，随用液量的增加先增后减;其影响的主次顺序为温度＞碱/尿比＞用液量＞搅拌时间，其中，温度和碱/尿比为显著因素，用液量和搅拌时间为非显著因素。同时，建立了纤维得率与体系温度和碱/尿比之间的数学模型:y=1.93z1-5.89z2+124.53（其中，相关系数r=0.992;y代表纤维得率，z1代表体系温度，z2代表碱/尿比）。
　　本文对预处理棉纤维的结构与性能进行了研究。采用保水值和聚合度测定以及SEM、FQA、FT-IR、XRD、TG/DTG等检测手段，综合分析和表征不同处理程度纤维的形态结构和各项性能的变化情况，结果表明:随着预处理程度的加深，纤维的润胀性能逐渐增加，而平均聚合度逐渐减小;纤维的表面形貌被逐渐破坏，表面的微细纤维不断减少，扭曲和弯折程度也不断增加;纤维的平均长度和细小纤维含量逐渐减小，纤维宽度不断增加，而扭结指数和卷曲率则先增后减;结晶度由原来的81.52％逐渐下降至33.41％，同时，其纤维素晶型也由纤维素Ⅰ逐渐向纤维素Ⅱ转变，其中，纤维素Ⅱ相对含量最高为40.95％;此外，预处理过程导致纤维的热稳定性变差。
　　本文对预处理棉纤维的应用性能进行了探索。在相同条件下，对不同预处理程度下预处理纤维进行打浆处理和抄造手抄片，研究预处理对棉纤维打浆性能和成纸性能的影响，结果表明:与未处理纤维相比，预处理纤维的打浆性能和成纸强度均较差，但其松厚度较好;同时，在相同条件下，利用各预处理纤维制备醋酸纤维素，以测定相应纤维的反应活性，同时对所制醋酸纤维素的取代度进行测定，并采用SEM、FT-IR和XRD等对其乙酰化产物进行分析表征，结果说明:相比于未处理纤维，预处理纤维的反应性能均有所提高，取代度也均增加，其中，4#醋酸纤维素的取代度最高，为2.88;不同原料所制备的醋酸纤维素化学结构基本一致，且结晶度明显下降，最小结晶度为15.12％。

目录

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 纤维素的结构特点

1．2．1 纤维素的分子结构

1．2．2 纤维素的聚集结构

1．2．3 纤维素的结晶结构

1．3 纤维素溶剂体系

1．3．1 衍生化纤维素溶剂

1．3．2 非衍生化纤维素溶剂

1．4 纤维预处理的研究进展

1．4．1 物理预处理

1．4．2 化学预处理

1．4．3 生物预处理

1．5 课题研究的目的、意义及内容

1．5．1 课题研究的目的和意义

1．5．2 课题研究的内容

2 氢氧化钠／尿素水体系预处理棉纤维的工艺研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验原料和试剂

2．2．2 实验设备和仪器

2．2．3 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 体系温度对纤维预处理程度的影响

2．3．2 用液量对纤维预处理程度的影响

2．3．3 碱／尿比对纤维预处理程度的影响

2．3．4 搅拌时间对纤维预处理程度的影响

2．3．5 搅拌速度对纤维预处理程度的影响

2．3．6 预处理正交试验

2．3．7 预处理纤维得率数学模型

2．4 本章小结

3 预处理纤维结构与性能研究

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验原料和试剂

3．2．2 实验设备和仪器

3．2．3 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 纤维保水值的变化情况

3．3．2 纤维聚合度的变化情况

3．3．3 SEM分析

3．3．4 纤维形态分析

3．3．5 FT-IR分析

3．3．6 XRD分析

3．3．7 TG／DTG分析

3．4 本章小结

4．预处理纤维的应用性能研究

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验原料和试剂

4．2．2 实验设备和仪器

4．2．3 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 预处理纤维的打浆性能研究

4．3．2 预处理纤维的成纸性能研究

4．3．3 预处理对纤维反应性能的影响

4．3．4 醋酸纤维素取代度

4．3．5 SEM分析

4．3．6 FT-IR分析

4．3．7 XRD分析

4．4 本章小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 创新之处

5．3 存在问题及建议

致谢

参考文献

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