新型纤维素溶剂体系的研究

论文摘要

纤维素作为世界上储量最丰富的可再生资源,纤维素的有效利用对解决日益严重的资源短缺问题有重大意义,但是由于纤维素含有很强的氢键,很难溶解于一般溶剂,当前所使用的纤维素溶剂都对环境有一定的污染。所以,研究新型的纤维素溶剂体系具有重要意义。本论文采用NaOH/尿素/硫脲/水溶剂体系对纤维素进行溶解,通过采用正交试验的方法,分析确定了体系中NaOH/尿素/硫脲/水的含量对纤维素溶解的影响,得出最佳的溶解配比；在最佳配比的情况下,通过调节冷冻温度、冷冻时间以及搅拌强度,研究了该溶剂体系对纤维素溶解的影响。本论文分析纤维素的溶解过程并探究其溶解机理,主要通过偏光显微镜表征了不同时间段纤维素在该体系中的状态并观察了溶解的均匀程度,探究其溶解机理；通过流变仪对纤维素溶液进行流变性能的测试,分析温度、浓度等对非牛顿指数的影响；进一步分析了溶液的储能模量、耗能模量及损耗因子,并分析其影响因素,为后续纺丝成型提供实验依据。本论文采用不同的凝固浴制得了再生纤维素膜,采用强力仪、扫描红外光谱仪、扫描电镜、X-射线衍射（XRD）等方法对膜的聚集态结构、形貌、强力等物理机械性能进行表征分析,并对膜的均匀性、耐酸耐碱性等性能进行测试。结果发现：纤维素在NaOH/尿素/硫脲/水溶剂体系中是直接溶解,没有发生衍生化反应；再生膜具有一定的耐碱性,耐酸性差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纤维素的简介
• 1.1.1 纤维素的结构
• 1.1.2 纤维素的晶型结构
• 1.2 纤维素的应用
• 1.2.1 高性能纤维材料
• 1.2.2 可生物降解材料
• 1.2.3 纤维素液晶材料
• 1.2.4 吸附性纤维素材料
• 1.2.4.1 吸油材料
• 1.2.4.2 吸附重金属材料
• 1.2.4.3 高吸水材料
• 1.3 纤维素溶剂体系的研究进展
• 1.3.1 衍生物溶解法
• 2）体系（粘胶法）'>1.3.1.1 氢氧化钠/二硫化碳（NaOH/CS₂）体系（粘胶法）
• 1.3.1.2 质子酸体系
• 1.3.1.3 多聚甲醛/二甲基亚砜体系（PF/DMSO）
• 1.3.1.4 氨基甲酸酯体系
• 1.3.2 直接溶解法
• 1.3.2.1 碱水溶液体系
• 1.3.2.2 碱/尿素或硫脲/水体系
• 1.3.2.3 铜氨溶液体系
• 1.3.2.4 氯化锂/N, N-二甲基乙酰胺体系
• 1.3.2.5 N-甲基氧化吗啉/水体系
• 1.3.2.6 离子液体溶剂体系
• 1.4 溶剂纺纤维素纤维的优势和问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 纤维素溶液的制备及溶解机理分析
• 2.1 实验试剂和仪器设备
• 2.1.1 试验试剂
• 2.1.2 主要化学仪器
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 纤维素（浆粕）的处理
• 2.2.2 溶液的制备及溶解率的计算
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 最佳溶解配比的初步探讨
• 2.3.2 冷冻温度对溶解率的影响
• 2.3.3 最佳溶解条件的确定
• 2.3.3.1 正交试验
• 2.3.3.2 氢氧化钠的浓度对溶解性能的影响
• 2.3.3.3 尿素的浓度对溶解性能的影响
• 2.3.3.4 硫脲的浓度对溶解性能的影响
• 2.3.3.5 纤维素的最佳溶解条件
• 2.3.4 纤维素的溶解过程
• 2.3.5 纤维素的溶解机理
• 2.4 小结
• 第三章 纤维素溶液的流变性能研究
• 3.1 实验试剂和仪器设备
• 3.1.1 试验试剂
• 3.1.2 主要化学仪器
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 纤维素溶液的制备
• 3.2.2 实验条件
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 影响纤维素溶液零切粘度的因素
• 3.3.1.1 溶液浓度的影响
• 3.3.1.2 溶液温度的影响
• 3.3.2 纤维素溶液的流变性能测试
• 3.3.2.1 溶液的剪切粘度与温度的关系
• 3.3.2.2 溶液的储存条件对溶液粘弹性的影响
• 3.3.2.3 温度、储存条件对溶液复数粘度的影响
• 3.3.2.4 温度、储存条件对溶液损耗因子的影响
• 3.4 小结
• 第四章 再生纤维素膜的制备及性能研究
• 4.1 实验试剂和仪器设备
• 4.1.1 试验试剂
• 4.1.2 主要化学仪器
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 纤维素溶液的制备
• 4.2.2 再生纤维素膜的制备
• 4.2.2.1 涂膜
• 4.2.2.2 膜的塑化
• 4.2.3 再生纤维素膜的性能测试
• 4.2.3.1 力学性能测试
• 4.2.3.2 红外光谱分析
• 4.2.3.3 扫描电镜分析
• 4.2.3.4 X-射线衍射分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 再生纤维素膜的力学性能的影响因素
• 4.3.1.1 溶液浓度对膜的力学性能的影响
• 4.3.1.2 凝固浴温度对膜的力学性能的影响
• 4.3.1.3 凝固浴浓度对膜的力学性能的影响
• 4.3.1.4 凝固时间对膜的力学性能的影响
• 4.3.2 再生纤维素膜的红外光谱分析
• 4.3.3 X-衍射分析
• 4.3.4 扫描电镜分析
• 4.3.5 膜耐酸耐碱性
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢