纤维素无水磷酸溶解体系的研究

论文摘要

纤维素是自然界最丰富的可再生的高分子材料,随着石油资源的日益短缺,纤维素越来越受到重视,用于制造纤维是其最重要的用途之一。纤维素纤维的制备方法主要有粘胶法及NMMO法等,其中粘胶法对环境污染较大,NMMO法成本较高。本论文采用无水磷酸体系作为溶剂,较系统研究了纤维素在其中的溶解性能及其液晶性。通过改变P2O5的浓度、纤维素固含量和溶解温度等,确定溶解工艺参数。本文经实验研究得到的最佳的溶解条件为:P2O5含量为74%,纤维素固含量为15%,温度为30℃。通过超声波、NaOH,CaCl2等物理和化学手段预处理纤维素,并对处理过的纤维素进行溶解,研究纤维素活化手段对纤维素溶解情况的影响。结果表明:预处理增加了纤维素的可及度,使溶剂更易与之作用,促进其溶解速度。采用平动和转动两种剪切方式,初步探究纤维素在无水磷酸体系液晶态受剪过程中形成条带织构的形成机理,并提出简单模型。跟踪测定纤维素溶解过程的不同时间阶段的聚合度,通过XRD和IR表征溶解前后纤维素性能变化情况,初步探讨了其变化机理。结果显示:纤维素在溶解阶段降解速度较快;经过溶解再生的纤维素晶体类型已经由纤维素Ⅰ转变为纤维素Ⅱ。红外谱图中没有新峰出现,说明没有新的官能团产生,无水磷酸体系溶解纤维素没有衍生物形成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第1章 文献综述
• 1 纤维素的结构
• 1.1 化学结构
• 1.2 聚集态结构
• 1.3 氢键
• 1.4 纤维素液晶的结构
• 2 纤维素的溶解和再生
• 2.1 加工纤维素的传统方法
• 2.2 新型纤维素溶剂
• 3 本论文的研究内容及意义
• 第2章 纤维素在无水磷酸溶剂体系中溶解工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及装置
• 2.2.2 纤维素含水率的测定
• 2.2.3 磷酸直接溶解纤维素实验
• 3PO₄ 体系的制备'>2.2.4 无水H₃PO₄体系的制备
• 2.2.5 纤维素在无水磷酸体系中的溶解实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 纤维素含水率
• 2.3.2 磷酸直接溶解纤维素
• 2O₅ 含量和温度对溶剂平衡时间的影响'>2.2.3 P₂O₅含量和温度对溶剂平衡时间的影响
• 2O₅ 含量对纤维素溶解性能的影响'>2.2.4 溶剂体系中P₂O₅含量对纤维素溶解性能的影响
• 2.2.5 纤维素固含量对溶解性能的影响
• 2.2.6 温度对纤维素溶解性能的影响
• 2.2.7 纤维素在无水磷酸体系中的溶解机理探讨
• 小结
• 第3章 纤维素预处理后的结构变化及其溶解性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 纤维素的预处理
• 3.2.3 预处理后的纤维素溶解
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同预处理方法对溶解性能的影响
• 3.3.2 X 射线衍射分析预处理前后纤维素的结构变化
• 3.3.3 红外光谱分析预处理前后纤维素的结构变化
• 3.3.4 扫描电镜分析预处理前后纤维素的结构变化
• 3.3.5 预处理方法对纤维素形态结构作用的机理探讨
• 3.4 小结
• 第4章 纤维素液晶态条带织构的形成机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 纤维素/无水磷酸液晶溶液的制备
• 4.2.2 显微镜法观察条带织构的生长
• 4.2.3 条带织构加热过程中的变化
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 显微镜法观察条带织构的生长
• 4.3.2 纤维素液晶态条带织构形成机理探究
• 4.3.3 温度对液晶态织构的影响
• 4.4 结论
• 第5章 纤维素/磷酸纺丝溶液再生性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 1mol/L 铜乙二胺溶液的配制
• 5.2.2 再生纤维素聚合度测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 纤维素聚合度变化情况
• 5.3.2 X 射线衍射分析溶解前后纤维素的变化
• 5.3.3 红外光谱表征溶解前后纤维素的变化
• 5.3.4 纤维素在无水磷酸体系中的降解机理
• 5.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文