N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液特性及成膜性能的研究.pdf

1、纖維素作為自然界一種最豐富的可再生有機(jī)資源展現(xiàn)了其突出的性能和廣泛的用途，但對(duì)纖維素的利用也帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好化學(xué)加工過(guò)程的巨大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)工藝以其簡(jiǎn)單的物理溶解纖維素的特點(diǎn)有望替代目前在再生纖維素生產(chǎn)中占統(tǒng)治地位的粘膠工藝。利用該綠色工藝可以制備出力學(xué)性能優(yōu)越、可生物降解、微孔孔徑易于控制的纖維素薄膜。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液特性及成膜性能的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究進(jìn)行的還不是很多。

2、 本論文研究了纖維素/NMMO·H2O溶液體系的流變性能；同時(shí)系統(tǒng)研究了不同工藝參數(shù)對(duì)NMMO法纖維素薄膜性能和結(jié)構(gòu)的影響；以及N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液的成膜機(jī)理。主要結(jié)論如下：纖維素/NMMO·H2O溶液體系為假塑性流體；其粘度隨剪切速率的增加而減小，即所謂切力變稀；溫度升高，溶液粘度下降，但溫度對(duì)表觀粘度的影響不大，適宜的溶液加工溫度范圍是90℃～120℃；一定量的二甲亞砜(DMSO)的加入可降低纖維素/NMMO·H2O溶液體系

3、的粘度，改善溶液的加工成膜性能。 確定了流涎法刮制平膜的最佳成膜工藝。漿粕種類、聚合度、鑄膜液中纖維素濃度、溶解溫度及凝固浴溫度等對(duì)成膜性能均有較大的影響。隨著漿粕聚合度和纖維素濃度的增大，膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都增大，但透明度和孔隙率下降；升高溶解溫度，成膜力學(xué)性能下降；在較低的凝固浴溫度下，成膜的力學(xué)性能較好，膜的透明度也較高。在N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液中添加少量抗氧化劑沒(méi)食子酸丙酯(GPE)可減少纖維素在高溫溶解過(guò)程中

4、的氧化降解，提高成膜的力學(xué)性能；而少量NH4Cl的添加也可改善該工藝?yán)w維素膜的力學(xué)性能。 由示差掃描量熱法(DSC)可以看出，NMMO工藝?yán)w維素薄膜的熱分解溫度大約為170℃。 通過(guò)測(cè)定膜的接觸角，顯示NMMO工藝?yán)w維素薄膜具有較高的親水性。 通過(guò)掃描電子顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn)：NMMO工藝?yán)w維素薄膜是由薄但非常致密的皮層以及海綿狀疏松的多孔支撐層組成的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。隨著N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液中纖維素濃度的增大和凝固

5、浴溫度的降低，膜支撐層中的指狀大孔逐漸減小，形成具有小孔的致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 廣角X射線衍射分析表明：NMMO工藝?yán)w維素薄膜的結(jié)晶變體類型是纖維素Ⅱ。膜的結(jié)晶度隨N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液濃度、漿粕聚合度、凝固浴溫度、GPE用量的增加而增大。但在N-甲基氧化嗎啉纖維素溶液中添加少量NH4Cl后，膜的結(jié)晶度有所下降。 上述研究，對(duì)NMMO工藝?yán)w維素薄膜的工藝條件、結(jié)構(gòu)、性能和成形機(jī)理有了一個(gè)比較深入的認(rèn)識(shí)，為該工藝?yán)w維素膜的進(jìn)