壳聚糖及其烷基化衍生物纤维清洁制备工艺研究

论文摘要

壳聚糖及烷基化衍生物纤维由于其优异的性能得到了普遍的关注,但由于传统的纺丝工艺中存在着溶剂易挥发、不易回收、污染严重等缺点。因此寻找新型的绿色溶剂,已成为目前壳聚糖及其烷基化衍生物纤维绿色制备过程中亟待解决的问题。鉴于离子液体在纤维素改性及溶解过程中所表现的良好的催化性和溶解性,本文将离子液体引入到壳聚糖及其烷基化衍生物纤维制备中。N-烷基壳聚糖是一类重要的壳聚糖衍生物。本文在微波促进下首先利用氢氧化钠对高分子量壳聚糖碱化,再使之与溴代烷烃进行烷基化反应,合成出了高分子量和高取代度的N-烷基化壳聚糖,采用扫描电镜对碱化后壳聚糖结构进行了确证,并用XRD、FT-IR对N-烷基化壳聚糖结构进行了表征。详细考察了碱化方式、碱化和烷基化反应温度、反应时间、物料配比等因素对N-烷基壳聚糖取代度的影响,获得了比较适宜的工艺条件。具体条件如下:n（氢氧化钠）:n（壳聚糖）=4:1,微波碱化温度60℃,碱化时间1h,n（溴乙烷）:n（碱化壳聚糖）=1.5:1,烷基化反应温度70℃,反应时间4h, N-乙烷基化壳聚糖的取代度为75%;n（氢氧化钠）:n（壳聚糖）=4:1,微波碱化温度60℃,碱化时间1h,n（溴代正丁烷）:n（碱化壳聚糖）=1.4:1,烷基化反应温度80℃,反应时间4h,N-丁烷基化壳聚糖的取代度为78.5%;n（氢氧化钠）:n（壳聚糖）=4:1,微波碱化温度60℃,碱化时间1h,n（溴代十二烷）:n（碱化壳聚糖）=2:1,烷基化反应温度105℃,反应时间4h,N-十二烷基化壳聚糖的取代度为45.8%;n（氢氧化钠）:n（壳聚糖）=4:1,微波碱化温度60℃,碱化时间1h,n（溴代十六烷）:n（碱化壳聚糖）=1.57:1,烷基化反应温度110℃,反应时间4h,N-十六烷基化壳聚糖的分子量为1.15×106,取代度为44.5%。此外,本文还考察了利用碱性离子液体碱化壳聚糖制取N-十六烷基化壳聚糖,结果表明,四种碱性离子液体对壳聚糖的碱化效果相当。本文共合成了4种酸性离子液体。将它们都配成一定浓度的水溶液,对比它们对壳聚糖的溶解性能,筛选出溶解性能最好的离子液体为[Gly]Cl,用[Gly]Cl及醋酸水溶液分别溶解壳聚糖及其十二烷基化壳聚糖进行纺丝,得到较佳的纺丝工艺条件:壳聚糖纺丝原液的浓度为7-7.5%;凝固浴为2-3%的氢氧化钠溶液或体积比为10:3的2%Na2SO4与无水乙醇的混合溶液;凝固浴温度为20-25℃;纤维拉伸比为拉伸1.3-1.4倍,壳聚糖纤维性能较好;十二烷基化壳聚糖纺丝原液的浓度为7-7.5%;凝固浴为2-3%的氢氧化钠溶液;凝固浴温度为20-25℃;纤维拉伸比为拉伸1.3-1.4倍。并用SEM对纤维进行表征。本文在传统工艺及新工艺条件下对壳聚糖纤维的制备进行了研究,为壳聚糖纺丝提供了一条新的绿色工艺路线。同时还对壳聚糖烷基化衍生物纤维的制备作了初步研究,为其进一步研究提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 烷基化壳聚糖制备方法的研究概况
• 1.1.1 烷基化壳聚糖概述
• 1.1.2 烷基化壳聚糖制备方法的研究概况
• 1.2 烷基化壳聚糖表征和取代度测定研究概况
• 1.2.1 烷基化壳聚糖的结构表征研究概况
• 1.2.2 烷基化化壳聚糖取代度测定研究概况
• 1.3 烷壳聚糖烷基化反应的研究现状和面临的问题
• 1.4 壳聚糖及烷基化壳聚糖的应用
• 1.4.1 医用领域
• 1.4.2 食品工业
• 1.4.3 纺织、印染工业的应用
• 1.4.4 功能材料中的应用
• 1.5 常规纺丝方法
• 1.6 壳聚糖及烷基化壳聚糖纤维的制备工艺
• 1.6.1 常规工艺
• 1.6.2 新工艺
• 1.7 离子液体的研究概况
• 1.7.1 离子液体溶解天然高分子方面的研究
• 1.7.2 离子液体溶解纤维素方面的研究
• 1.7.3 离子液体溶解壳聚糖方面的研究
• 1.8 选题的意义、目的与设计方案
• 1.8.1 选题的意义和目的
• 1.8.2 课题的设计方案
• 2 离子液体的合成研究
• 2.1 引言
• 2.2 主要药品及仪器
• 2.2.1 主要药品
• 2.2.2 主要仪器
• 2.3 离子液体的合成
• 2.3.1 酸性离子液体的制备
• 2.3.2 碱性离子液体的制备
• 2.4 离子液体的结构与性能表征
• 2.4.1 测试仪器及条件
• 2.4.2 离子液体的表征谱图数据
• 2.5 本章小结
• 3 烷基化壳聚糖合成及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 反应流程图
• 3.2.4 取代度的测定
• 3.2.5 黏均相对分子质量的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 N-乙烷基壳聚糖合成及性能研究
• 3.3.2 N-丁烷基壳聚糖合成及性能研究
• 3.3.3 N-十二烷基壳聚糖合成及性能研究
• 3.3.4 N-十六烷基壳聚糖合成及性能研究
• 3.3.5 碱性离子液体的筛选
• 3.4 本章小结
• 4 壳聚糖原液的湿法纺丝初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 壳聚糖溶解能力实验
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验试剂与仪器
• 4.3.2 溶解壳聚糖离子液体的筛选
• 4.3.3 壳聚糖纺丝原液的制备
• 4.3.4 壳聚糖纺丝原液的脱泡、过滤
• 4.3.5 壳聚糖纤维的制备
• 4.3.6 壳聚糖纤维机械性能的测定
• 4.3.7 扫描电子显微镜（SEM）
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 纺丝液浓度对纤维性能的影响
• 4.4.2 凝固浴温度对纤维性能的影响
• 4.4.3 凝固浴组成对纤维性能的影响
• 4.4.4 纤维拉伸比对纤维性能的影响
• 4.4.5 离子液体的重复利用
• 4.5 本章小节
• 5 烷基化壳聚糖原液的湿法纺丝初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 壳聚糖溶解能力实验
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 实验试剂与仪器
• 5.3.2 十二烷基壳聚糖纺丝原液的制备
• 5.3.3 十二烷基壳聚糖纺丝原液的脱泡、过滤
• 5.3.4 十二烷基壳聚糖纤维的制备
• 5.3.5 烷基化壳聚糖纤维机械性能的测定
• 5.3.6 扫描电子显微镜（SEM）
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 纺丝液浓度对纤维性能的影响
• 5.4.2 凝固浴温度对纤维性能的影响
• 5.4.3 凝固浴组成对纤维性能的影响
• 5.4.4 纤维拉伸比对纤维性能的影响
• 5.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录