低温碱活化对纤维素结构与性能的影响

摘要

纤维素纤维的吸湿性好、透气性强，非常受消费者喜爱，但其生产大多采用传统黏胶法工艺，其能耗大，生产流程长，并且在生产过程中不仅释放大量有毒气体 CS2和 H2S，同时还产生大量废水废渣，不仅生产成本高，而且对环境造成严重污染。因此，开发一种新型的环境友好的纤维素纤维生产工艺以代替传统的黏胶纤维生产工艺尤为重要。在目前的新型工艺技术中，NMMO溶剂纺丝技术、无机碱液法纺丝技术以及纤维素离子液体法纺丝技术尤为引人注目，他们不仅提高了生产效率，优化了产品性能，同时降低能耗，解决了环境污染问题。
　　本文系统研究了碱活化温度、碱活化时间、碱活化浓度对纤维素分子结构、结晶结构、溶胀程度、聚合度、粘度以及在 NaOH/硫脲/尿素水溶液复合体系中的溶解程度。研究表明，对纤维素进行低温碱活化可以更有效地降低纤维素结晶度，提高纤维素可及度，最终提高纤维素的溶解性能，得到纤维素活化的最佳工艺条件为 NaOH浓度9％、活化温度-5℃、活化时间12h。采用双螺杆直接进行低温溶解，以 NaOH/硫脲/尿素水溶液为溶剂溶解纤维素浆粕，研究表明当NaOH/硫脲/尿素配比为9/6/6.5时，纤维素的溶解效果最好。然后经过过滤、脱泡等多重工艺制备高质量的纤维素纺丝原液，在此基础上，优化湿法纺丝工艺过程中各项工艺参数，得到最佳凝固浴温度为15℃，水浴温度为55℃，最佳牵伸比为0.85-1.1-1.3，此时纤维素纤维的纤度为2.67 dtex，断裂强度为1.43cN/dtex，断裂伸长率为8.09%。

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第一章 绪论

1.1 纤维素的结构

1.2 纤维素的活化

1.2.1 纤维素的物理活化方法

1.2.2纤维素的化学活化方法

1.3纤维素的溶解机理及其纺丝技术

1.3.1传统溶剂体系及成形工艺

1.3.2 新溶剂体系及成形工艺

1.4 研究目的与意义

第二章 纤维素的低温碱活化工艺研究及溶剂配比优化

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2纤维素活化

2.2.3纤维素溶解

2.2.4 测试与表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 碱活化浓度对纤维素溶胀的影响

2.3.1 活化温度对纤维素溶胀的影响

2.3.2 低温碱活化对纤维素结晶度的影响

2.3.3 低温碱活化对纤维素分子结构的影响

2.3.4 未活化纤维素的溶解性能

2.3.6 活化后碱复合溶剂配比对纤维素溶解性能的影响

2.4本章小结

第三章 纤维素纤维的制备与性能

3.1 前言

3.2实验部分

3.2.1试验原料及设备

3.2.2纤维素纺丝液的制备

3.2.3纤维素纤维的制备

3.2.4测试与表征

3.3结果与讨论

3.3.1 凝固浴温度对纤维结构与性能的影响

3.3.2 喷头拉伸比对纤维结晶和力学性能的影响

3.3.3 水浴温度对纤维断裂强度和伸长率的影响

3.3.4 不同水浴拉伸比例对纤维结构与性能的影响

3.3.5 不同拉伸比时纤维的XRD测试

3.4本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢