海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维的制备及结构与性能研究

论文摘要

海藻酸钠和羧甲基纤维素钠都是天然高分子材料,具有来源广泛、生物可降解、相容性好等优点。以海藻酸钠和羧甲基纤维素钠为原料制备纤维,不仅拓宽了纤维原料的来源,而且由此获得的纤维生物可降解,避免了给环境带来的危害,是一种绿色环保纤维,符合现代社会的发展潮流。本论文主要研究以海藻酸钠和羧甲基纤维素钠两种高分子材料为纺丝原料,采用湿法纺丝工艺制备出海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维,并研究其结构与性能。本文测试了海藻酸钠和羧甲基纤维素钠原料的理化性能以及两种高分子材料的相容性;研究了纺丝原液的流变性能;探讨了纺丝工艺条件对纤维强度和吸湿性的影响,获得了制备海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维的工艺条件;并测试了海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维的微观形貌、结晶指数以及燃烧性能等,取得了如下主要结果:1.羧甲基纤维素钠含量在5～15%范围内时,羧甲基纤维素钠与海藻酸钠是相容的,超出这个范围则是不相容的。所以制备纺丝液时,羧甲基纤维素钠的含量不能超过20%。2.溶液浓度在3.6%附近时,海藻酸钠和羧甲基纤维素钠溶液的粘度相近。当溶液浓度低于3.6%时,海藻酸溶液的粘度比相同浓度下的羧甲基纤维素钠溶液的粘度大;而溶液浓度高于3.6%时,则相反。3.海藻酸钠/羧甲基纤维素钠溶液为“切力变稀”型流体,随着剪切速率和温度的升高,共混溶液的表观粘度下降。4.在本试验条件下,海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维的最佳制备工艺条件为:羧甲基纤维素钠含量10%;凝固浴中氯化钙浓度3.5%;凝固浴温度40℃。纤维的强度为3.82cN/dtex,对蒸馏水的吸液量为1.82g/g。5.海藻酸钠/羧甲基纤维素共混纤维的断裂机理、微观形貌和粘胶纤维相似,但结晶度比粘胶纤维差,阻燃性比纤维素纤维优异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 海藻酸钠的结构与性能
• 1.1.1 海藻酸钠的化学结构
• 1.1.2 海藻酸钠的物理化学性能
• 1.1.3 海藻酸钠的M/G值
• 1.2 羧甲基纤维素钠的结构与性能
• 1.2.1 羧甲基纤维素钠的化学结构
• 1.2.2 羧甲基纤维素钠的物理化学性能
• 1.2.3 羧甲基纤维素钠的取代度
• 1.3 聚合物共混物的相容性
• 1.3.1 聚合物共混物相容性的定义
• 1.3.2 聚合物共混物相容性的判断
• 1.4 纺丝流体的流变性
• 1.4.1 纺丝流体的剪切粘性
• 1.4.1.1 表观粘度的定义
• 1.4.1.2 影响纺丝流体表观粘度的因素
• 1.4.2 纺丝流体的弹性
• 1.4.2.1 纺丝流体弹性的表现
• 1.4.2.2 影响纺丝流体弹性的因素
• 1.5 纺丝流体的可纺性
• 1.5.1 可纺性理论
• 1.5.2 纺丝工艺中的可纺性问题
• 1.6 海藻及其共混纤维的研究进展
• 1.6.1 海藻纤维的研究进展
• 1.6.2 海藻共混纤维的研究进展
• 1.7 本论文的研究意义及研究内容
• 第二章 海藻酸钠与羧甲基纤维素钠原料性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品与仪器
• 2.2.2 海藻酸钠与羧甲基纤维素钠样品分子量的测定
• 2.2.3 海藻酸钠样品M/G值的测定
• 2.2.4 羧甲基纤维素钠样品取代度的测定
• 2.2.5 羧甲基纤维素钠与海藻酸钠相容性的研究
• 2.2.6 海藻酸钠、羧甲基纤维素钠与钙离子反应性能的研究
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 海藻酸钠样品的结构表征
• 2.3.2 羧甲基纤维素钠样品的结构表征
• 2.3.3 羧甲基纤维素钠与海藻酸钠的相容性
• 2.3.3.1 CMC与SA相容性的研究
• 2.3.3.2 共混溶液的落球粘度（时间）
• 2.3.3.3 红外光谱分析
• 2.3.3.4 扫描电镜（SEM）表征
• 2.3.4 海藻酸钠、羧甲基纤维素钠与钙离子的反应性
• 2.4 本章小结
• 第三章 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠纺丝液流变性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品与仪器
• 3.2.2 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠溶液的制备
• 3.2.3 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠溶液落球粘度的测定
• 3.2.4 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠溶液表观粘度的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 影响海藻酸钠/羧甲基纤维素钠溶液落球粘度的因素
• 3.3.1.1 海藻酸钠、羧甲基纤维素钠原料的落球粘度
• 3.3.1.2 羧甲基纤维素钠含量对共混溶液落球粘度的影响
• 3.3.1.3 溶液温度对共混溶液落球粘度的影响
• 3.3.2 影响海藻酸钠/羧甲基纤维素钠溶液表观粘度的因素
• 3.3.2.1 溶液的流动曲线
• 3.3.2.2 溶液温度对共混溶液表观粘度的影响
• 3.3.3 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠纺丝原液的非牛顿指数
• 3.3.4 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠纺丝原液的结构粘度指数
• 3.4 本章小结
• 第四章 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维的制备及其结构与性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品与仪器
• 4.2.2 海藻酸钠/羧甲基纤维素钠共混纤维的制备
• 4.2.3 纤维结构与性能测试
• 4.2.3.1 纤维断裂强度测试
• 4.2.3.2 纤维吸湿性测试
• 4.2.3.3 纤维的微观形貌
• 4.2.3.4 纤维的燃烧性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 纤维的断裂强度
• 4.3.1.1 羧甲基纤维素钠含量的影响
• 4.3.1.2 凝固浴浓度的影响
• 4.3.1.3 凝固浴温度的影响
• 4.3.1.4 纤维的断裂机理
• 4.3.2 纤维的吸湿性
• 4.3.2.1 纺丝工艺条件的影响
• 4.3.2.2 吸湿环境的影响
• 4.3.2.3 纤维的吸湿动力学
• 4.3.3 纤维的微观形貌
• 4.3.4 纤维的XRD
• 4.3.5 纤维的燃烧性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的发表论文
• 致谢