碱复合溶剂中再生纤维素的制备研究及PEG的添加对其性能的影响

摘要

纤维素是一种环境友好材料和可再生的资源，但分子间及分子内的强烈的氢键作用使得其无法熔融和很难溶解，这在很大程度上限制了纤维素的发展应用。纤维素膜及纤维的已有很长时间的发展。铜氨纤维和粘胶纤维有一百多年的历史，但传统工艺冗长、对环境的污染严重。因此，本文采用了成本较低，污染也更小的氢氧化钠/尿素/硫脲/水复合溶剂为体系对纤维素进行溶解，然后在不同的凝固条件下制备了纤维素膜及纤维，研究了添加聚乙二醇后纤维素溶液、膜、纤维等性能的变化，初步探讨了纤维素溶液再生的凝固机理。主要的研究内容及结果总结如下：
　　通过简单实验选定了凝固浴，研究了凝固条件对纤维素膜/纤维力学性能及形貌的影响。通过实验得出了纤维素膜最佳的凝固浴及其凝固条件为20℃，H2SO4/Na2SO4-7％/9%-5min，此时纤维素膜具有均匀致密的孔洞结构，力学性能为166.2MPa-13.5%。对比在不同凝固浴中得到的纤维素的初生纤维的力学性能，得出最佳的纺丝凝固浴为H2SO4/Na2SO4-10%/10%，其强度为1.52cN/dtext-9.01%。而且通过湿纺得到的纤维表面光滑，截面表现出圆形，明显不同于粘胶长丝不规则的截面形状。通过对再生前后的纤维素的结构进行表征得出，纤维素再生前后没有发生化学反应，纤维素晶型由纤维素Ⅰ转变为纤维素Ⅱ，再生后纤维素的结晶度及热稳定性下降。
　　在纤维素溶液中添加不同含量 PEG-200后，纤维素溶液的粘度提高，但含量不应大于2%。对共混溶液进行了流变分析，发现添加量小于1.5%时，纤维素溶液的凝胶温度有所提高，最高温度甚至超过35℃。凝胶点测试说明较高温度下纤维素溶液趋于不稳定，更容易发生凝胶。添加聚乙二醇后，纤维素膜/纤维力学性能随着添加量的增加强度减小，但断裂伸长率先增大后减小。纤维素膜的结晶区发生变化，且膜的形貌也发生了较大的变化。
　　纤维素的再生是两相分离的结果。再生模拟过程中发现纤维素溶液再生的固化速率和传质速率与纤维素溶液浓度、凝固浴温度、凝固浴浓度、凝固时间等有较大的关系。固化速率反应了再生过程中纤维素溶液凝固速度的大小。纤维素溶液和凝固浴之间的传质率随凝固时间和凝固温度的增加而增加。纤维素溶液浓度增加，阻碍了纤维素溶液的凝固，致使固化速率和传质率有所减小。

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第一章 绪论

1.1 纤维素的结构

1.2 纤维素膜概述

1.3 纤维素纤维概述

1.4 传统纤维素溶解体系

1.5 新型纤维素溶解体系

1.6 研究意义及目的

第二章 纤维素膜及纤维的凝固条件研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 PEG添加对纤维素溶液、纤维、膜性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4小结

第四章 纤维素溶液凝固过程的机理与传质动力学研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 结论

5.1 论文总结

5.2 存在的问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢