新型氨基酸离子液体条件下壳聚糖纤维的制备和性能研究

论文摘要

壳聚糖纤维拥有良好的生物相容性、抗菌性以及可被生物体吸收等优点,是一种非常适合用于医疗、纺织等行业中的材料。目前壳聚糖纤维的制备仍然使用易挥发、不可回收利用的溶剂,有腐蚀设备,浪费资源,污染环境等缺点。因此寻找一种高效且环保的溶剂对于壳聚糖纤维工业制备来说具有非常重大的意义。离子液体因其优良的性质得到了广泛关注,它对壳聚糖也有很好的溶解性,但是离子液体本身粘度较大成为溶解壳聚糖过程中的一个瓶颈,为了解决这一问题,拟采用离子液体水溶液溶解壳聚糖,同时通过调节离子液体的浓度来改变其对壳聚糖的溶解量,为后续壳聚糖纤维的制备提供了良好的介质。本论文合成了甘氨酸类、脯氨酸类、苏氨酸类和丝氨酸类等28种离子液体,将其配成一定浓度水溶液用于溶解壳聚糖,并考察了不同类型的离子液体对壳聚糖降解率的影响。其中苏氨酸丙酸盐、脯氨酸乙酸盐和丝氨酸乙酸盐离子液体对壳聚糖溶解性好而且降解率很低。探讨了离子液体溶解壳聚糖的机理。对从离子液体中析出的壳聚糖进行了红外（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征,发现壳聚糖在溶解和析出过程中没发生反应,本身的结构也没有发生变化。以离子液体为溶剂,溶解壳聚糖配成纺丝溶液进行纺丝,考察凝固浴的组成与配比、凝固浴温度、拉伸比、水洗浴、拉伸浴等条件,制备出性质优良的壳聚糖纤维,并对其断裂强度、断裂伸长率进行测试,较优条件为:凝固浴为氢氧化钠溶液,温度为25℃,拉伸比为1:1.4。所纺制的壳聚糖纤维断裂强度为1.801 cN/dtex,断裂伸长率可达11.69%,基本满足理想的断裂强度和断裂伸长率值（1.0 cN/dtex、10%）,优于相同条件下以醋酸为溶剂制备的壳聚糖纤维（断裂强度为0.863 cN/dtex,断裂伸长率为15.79%）。考察了离子液体的回收使用性,发现离子液体可被回收利用且可以满足至少3次的使用效果。本论文合成一系列氨基酸类离子液体,采用离子液体水溶液作为溶剂,配制成壳聚糖纺丝原液进行壳聚糖纤维的制备,得到韧性好、柔软、淡黄色的壳聚糖纤维,并对离子液体进行了回收。此方法改善了传统溶剂的缺点,为壳聚糖纤维的制备提供了一条绿色环保的工艺路线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 壳聚糖
• 1.2 壳聚糖纤维
• 1.2.1 壳聚糖纤维的特性
• 1.2.2 壳聚糖纤维的应用
• 1.2.3 壳聚糖纤维常规制备方法
• 1.2.4 壳聚糖纤维参数
• 1.3 壳聚糖的溶解
• 1.4 离子液体的研究状况
• 1.4.1 离子液体
• 1.4.2 离子液体的种类与结构
• 1.4.3 离子液体的特点与性质
• 1.5 课题的选择及设计方案
• 1.5.1 课题的选择
• 1.5.2 课题的设计方案
• 2 离子液体的合成及对壳聚糖溶解性能的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 离子液体的制备
• 2.2.3 离子液体表征
• 2.2.4 壳聚糖的原料分析
• 2.2.5 壳聚糖降解率考察
• 2.2.6 析出壳聚糖表征
• 2.2.7 离子液体的重复利用
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 壳聚糖原料的分析结果
• 2.3.2 离子液体降解率结果
• 2.3.3 壳聚糖溶解机理
• 2.3.4 影响离子液体溶解性能的因素
• 2.3.5 离子液体的重复利用
• 2.3.6 离子液体结构与性能表征
• 2.3.7 溶解后析出壳聚糖的表征
• 2.4 本章小节
• 3 壳聚糖纤维制备和性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 壳聚糖纤维的制备
• 3.2.3 影响壳聚糖纤维性能的因素考察
• 3.2.4 壳聚糖纤维的指标测试
• 3.2.5 离子液体的重复利用
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 凝固浴的组成与最佳配比
• 3.3.2 凝固浴最佳温度
• 3.3.3 最佳拉伸比
• 3.3.4 壳聚糖纤维的外观
• 3.3.5 壳聚糖纤维的指标测试
• 3.3.6 离子液体条件下壳聚糖纤维性能考察
• 3.3.7 壳聚糖纤维的XRD 表征
• 3.3.8 壳聚糖纤维的红外表征
• 3.3.9 离子液体回收
• 3.4 本章小结
• 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