離子液體-極性非質子溶劑對纖維素的溶解及其紡絲性能研究.pdf

1、隨著近年來石油資源日益緊張以及其對環(huán)境污染造成的一系列問題，價格低廉可再生的纖維素引起了極大關注。但是纖維素由于其獨特的強氫鍵結構，不能熔融，只能溶解在特殊溶劑中。粘膠法是目前國內采用最廣泛的纖維素纖維生產方法，但其生產工藝對環(huán)境造成極大的污染。近十多年來離子液體作為一種新型綠色的纖維素溶劑蓬勃發(fā)展，但存在熔點高、粘度大、溶解效率低、溶解溫度高等問題，易導致再生纖維素降解嚴重，并且離子液體成本較高。本課題主要通過向傳統(tǒng)咪唑型離子液體添加

2、合適的極性非質子溶劑來優(yōu)化其對纖維素的溶解性能，大幅度減少離子液體用量以降低溶劑成本，在該溶液體系流變性能研究的基礎上，實現了在室溫條件下對此溶液體系的高濃度纖維素溶液進行濕法紡絲。
　　向傳統(tǒng)離子液體[Emim]Ac中添加DMSO、DMF、DMAc三種極性非質子溶劑，測定了50℃下纖維素在不同復合溶劑中的溶解性能，結果表明[Emim]Ac/DMSO復合溶劑對纖維素溶解效果最優(yōu)，并且當DMSO的添加量占溶劑總質量的70％時效果最佳

3、，同時通過電導率及1H NMR測試研究了極性非質子溶劑對纖維素溶解機理的影響。通過 FT-IR、TGA、SEM及力學性能測試等方法對不同比例[Emim]Ac/DMSO溶劑再生得到的纖維素膜進行表征發(fā)現，該溶劑為纖維素的直接溶劑，并且隨著溶劑中 DMSO含量增加，再生纖維素膜的結晶度、熱穩(wěn)定性、斷裂強度及聚合度均有所降低，表明復合溶劑對纖維素分子鏈及結晶區(qū)的有較強的破壞作用。
　　對10wt%纖維素/[Emim]Ac/DMSO溶液進

4、行流變性能測試，結果表明：(1)該溶液體系呈現典型的假塑性流體行為，隨著溫度的升高或溶劑中 DMSO含量的增加溶液可紡性提高，并且適當提高剪切速率或DMSO含量可降低溶液對溫度的敏感性；(2)動態(tài)測試表明在低頻區(qū)，纖維素溶液的儲能模量G'小于耗能模量G"，表現出黏性行為，隨著頻率升高G'~ω和G"~ω兩條曲線出現交點，之后G'大于G"，溶液逐漸表現出彈性行為；并且隨著溶劑中 DMSO含量的降低，纖維素溶液更易在較低角頻率下表現出彈性行為

5、。
　　選取20%[Emim]Ac/80%DMSO混合溶劑實現對10wt%纖維素的溶解并在25℃下進行濕法紡絲，并研究不同工藝條件對再生纖維結構和性能的影響。結果表明最佳的紡絲工藝條件如下：凝固浴組分為15%溶劑/85%H2O，凝固浴溫度為25℃，噴頭拉伸比為0.96倍，一級水浴牽伸比為1.78倍，水浴溫度為100℃。最優(yōu)條件下獲得的纖維素纖維表面光滑，截面近圓形，且結構致密均勻；斷裂強度最大可達到2.43cN/dtex，伸長率為