离子液体为溶剂的纤维素侧链液晶的制备及应用研究

摘要

纤维素作为地球上储量最丰富的可再生资源，对其开发和应用越来越被重视。已经工业化的纤维素纤维有粘胶纤维和Lyocell纤维，但是其纺制过程中存在环境污染、能耗大等问题。离子液体，作为新型溶剂，对纤维素有很强的的溶解能力，纤维素/离子液体体系制备纤维素纤维有环保及溶剂易回收等优点，但是纤维素浓度增大会导致纤维素溶液体系粘度急剧增大，为了制备“高浓低粘”的纤维素溶液，纤维素液晶体系被提出。
　　本研究设计并合成了新型纤维素侧链液晶基元，研究了形成侧链液晶的条件，制备了侧链型纤维素液晶，并研究其流变性和液晶性，并且利用干湿法纺丝制备了纤维素纤维，具体研究内容如下:
　　利用浊度测试和红外研究了液晶基元在离子液体中的溶解度及相互作用力，研究表明，常温时，液晶基元在离子液体中的溶解度为5.78 wt％，液晶基元和离子液体之间只通过物理力结合而不发生化学反应。采用稳态和动态流变测试、偏光显微镜、差示扫描量热仪和小角X衍射仪来研究纤维素/液晶基元/离子液体体系的相行为和流变行为。结果表明，当纤维素的浓度是6 wt％时，形成纤维素液晶溶液所需液晶基元的临界浓度是2-4 wt％，临界温度是40-80℃，形成的晶态结构是近晶相。COX-MERZ法则的偏离说明纤维素和液晶基元之间是氢键相互作用。
　　利用扫描电子显微镜、电子单纤维强力仪来表征常规纤维素纺丝液及纤维素液晶纺丝液制备的纤维，结果显示，纤维素液晶溶液纺出的丝比纯纤维素溶液纺出的丝更细，机械强度提高了34％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景介绍

1．2 液晶

1．2．1 液晶来源

1．2．2 液晶的分类

1．2．3 液晶基元的结构特点

1．2．4 咪唑类液晶基元简介

1．2．5 液晶的性质

1．2．6 液晶的应用

1．3 纤维素液晶

1．3．1 纤维素液晶的结构

1．3．2 纤维素液晶的制备

1．3．3 纤维素及其衍生物液晶的应用

1．4 纤维素纤维

1．4．1 纤维素溶液的制备

1．4．2 纤维素溶液的纺丝

1．5 研究意义与内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

第二章 纤维素液晶溶液的制备

2．1 实验药品及设备

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 实验部分

2．2．1 液晶基元的合成

2．2．2 液晶基元／离子液体溶液的制备

2．2．3 纤维素／液晶基元／离子液体溶液的制备

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 液相色谱表征

2．3．2 核磁共振测试

2．3．3 液晶基元在离子液体中的溶解度

2．3．4 红外分析

2．3．5 纤维素的聚合度

2．4 本章小结

第三章 纤维素／液晶基元／离子液体的流变性表征

3．1 原料及仪器

3．1．1 实验原料

3．1．2 测试仪器

3．2 实验部分

3．2．1 纤维素／离子液体溶液的制备

3．2．2 纤维素／液晶基元／离子液体溶液的制备

3．2．3 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 稳态剪切分析

3．3．2 温度依赖性

3．3．3 动态剪切流变测试

3．3．4 纤维素溶液中液晶基元／离子液体的溶剂性质

3．3．5 COX-MERZ法则

3．4 本章小结

第四章 纤维素／液晶基元／离子液体的液晶性表征

4．1 实验原料及仪器

4．1．1 实验原料

4．1．2 测试仪器

4．2 实验部分

4．2．1 纤维素／离子液体溶液的制备

4．2．2 液晶基元／离子液体溶液的制备

4．2．3 纤维素／液晶基元／离子液体溶液的制备

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 偏光显微镜照片

4．3．2 不同浓度的纤维素／液晶基元／离子液体体系DSC分析

4．3．3 不同浓度的纤维素／液晶基元／离子液体体系XRD分析

4．4 本章小结

第五章 纤维素液晶溶液制备纤维素纤维及其性能研究

5．1 药品及仪器

5．1．1 实验原料

5．1．2 测试仪器

5．2 实验部分

5．2．1 纤维素／离子液体溶液的制备

5．2．2 纤维素／液晶基元／离子液体溶液的制备

5．2．3 干湿法制备再生纤维素纤维

5．2．4 测试与表征

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

附录

致谢