用离子液体制备壳聚糖改性纤维及性能的研究

论文摘要

由于不可再生石油资源的日趋枯竭,纺织品的研究也将目标转向天然的高分子材料。壳聚糖是第二大天然高分子,因其具有良好的可纺性、天然的抗菌性、粘结性、生物相容性,且年产量巨大,壳聚糖纤维已经开始替代传统的化纤产品在生产生活及医疗领域发挥重要的作用。离子液体是近年来备受关注的一种绿色环保的新型溶剂,已知的可以溶解壳聚糖的离子液体不多,且溶解条件苛刻,溶解量十分有限,溶液粘度大。因此,寻找一种合适的离子液体溶剂溶解壳聚糖成为亟待解决的问题。本文以壳聚糖为基体,围绕离子液体这种环保溶剂,以制备壳聚糖改性纤维为目标主要进行以下三方面研究：1.以质量分数36%的浓盐酸和天冬氨酸合成天冬氨酸盐酸盐离子液体,并用红外光谱表征其结构。讨论了溶解温度及离子液体的用量对壳聚糖溶解度的影响。通过对溶解前与再生后壳聚糖红外光谱、TGA、XRD的对比可以得出溶解过程中[Asp]Cl离子液体与壳聚糖没有发生化学反应,再生后壳聚糖未发生结构的变化。2.用丙烯腈处理碱壳聚糖一段时间得到氰乙基壳聚糖,60℃下将氰乙基壳聚糖溶解于[Asp]Cl离子液体水溶液中配制成一定浓度的氰乙基壳聚糖纺丝溶液,然后将该溶液纺制成纤,丙烯腈处理反应时间为3h的氰乙基壳聚糖,溶于[Asp]Cl离子液体水溶液中配制成7.5wt%纺丝原液,以VNaOH:V乙醇=1:1(质量分数10%NaOH溶液)混合液为凝固浴,凝固浴温度30℃,一定压力下纺制得纤维的断裂强度为2.212CN/dtex。3.在60℃下将不同质量比的壳聚糖与PVP溶解于[Asp]Cl离子液体水溶液中配制成具有一定粘度的纺丝溶液,以VNaOH:V乙醇=1:1(质量分数10%NaOH溶液)混合液为凝固浴,凝固浴温度30℃,在一定压力下通过湿法纺丝制备具有良好力学性能的丝条,水洗之后在空气中自然成纤。红外光谱分析和SEM照片显示了共混纤维中壳聚糖与PVP具有良好的相容性。当壳聚糖与PVP质量比为4：3时纤维断裂强度最高为2.38CN/dtex,保水值为210%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 壳聚糖
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 壳聚糖的结构特征
• 1.1.2.1 壳聚糖的化学结构
• 1.1.2.2 壳聚糖的晶体结构
• 1.1.3 壳聚糖的溶解
• 1.1.4 壳聚糖的化学改性
• 1.1.4.1 O-酰化和N-酰化
• 1.1.4.2 烷基化
• 1.1.4.3 醚化
• 1.1.4.4 接枝共聚
• 1.1.4.5 交联
• 1.1.4.6 其他化学改性
• 1.1.5 壳聚糖的应用
• 1.1.5.1 纤维材料上的应用
• 1.1.5.2 其他方面的应用
• 1.2 壳聚糖纤维
• 1.2.1 纺丝工艺
• 1.2.1.1 常规纺丝工艺
• 1.2.1.2 其他纺丝工艺
• 1.2.2 纺丝原液
• 1.2.2.1 乙酸作溶剂
• 1.2.2.2 其他原液体系
• 1.2.3 高强度壳聚糖纤维
• 1.2.3.1 提高壳聚糖溶解度
• 1.2.3.2 壳聚糖共混改性
• 1.2.3.3 初生纤维的特殊处理
• 1.2.3.4 初生纤维的交联
• 1.2.3.5 壳聚糖液晶纺丝法
• 1.2.4 壳聚糖纤维的性能
• 1.2.4.1 抗菌性
• 1.2.4.2 吸湿透气性
• 1.2.4.3 生物可降解性和生物相容性
• 1.2.4.4 绿色环保性
• 1.2.5 壳聚糖纤维的应用
• 1.2.5.1 医用材料
• 1.2.5.1.1 可吸收手术缝线
• 1.2.5.1.2 医用敷料
• 1.2.5.1.3 人造皮肤
• 1.2.5.2 纺织服装
• 1.2.5.3 其他领域
• 1.2.6 制约壳聚糖纤维应用的因素及解决办法
• 1.2.6.1 制约的因素
• 1.2.6.2 解决的办法
• 1.3 离子液体
• 1.3.1 定义
• 1.3.2 发展概述
• 1.3.3 离子液体的分类
• 1.3.4 离子液体的合成
• 1.3.4.1 按照反应原理分类
• 1.3.4.1.1 季铵化反应法
• 1.3.4.1.2 复分解反应法
• 1.3.4.1.3 酸碱中和法
• 1.3.4.2 按照反应步骤分类
• 1.3.4.2.1 一步合成法
• 1.3.4.2.2 两步合成法
• 1.3.5 离子液体的性质
• 1.3.6 离子液体的应用
• 1.3.6.1 在电化学中的应用
• 1.3.6.2 在化学反应中的应用
• 1.3.6.3 在天然高分子材料中的应用
• 1.3.6.4 其他方面的应用
• 1.4 本文的研究内容和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.2 壳聚糖基体性质的测定
• 2.2.1 含水量测定
• 2.2.2 灰分测定
• 2.2.3 脱乙酰度的测定
• 2.2.4 粘度的测定
• 2.3 天冬氨酸盐酸盐离子液体的合成
• 2.4 [Asp]Cl离子液体水溶液对壳聚糖的溶解
• 2.4.1 离子液体对壳聚糖的溶解过程
• 2.4.2 离子液体对壳聚糖的溶解度
• 2.5 氰乙基壳聚糖的合成及溶解
• 2.5.1 氰乙基壳聚糖的合成
• 2.5.2 氰乙基壳聚糖的溶解
• 2.6 以[Asp]Cl离子液体水溶液为溶剂制备壳聚糖纤维
• 2.6.1 纺丝溶液的制备
• 2.6.2 纺丝成型及后处理
• 2.7 以[Asp]Cl离子液体水溶液为溶剂制备氰乙基壳聚糖纤维
• 2.7.1 纺丝溶液的制备
• 2.7.2 纺丝成型及后处理
• 2.8 以[Asp]Cl离子液体水溶液为溶剂制备壳聚糖共混纤维
• 2.8.1 共混纺丝溶液的制备
• 2.8.2 纺丝成型及后处理
• 2.9 红外光谱分析
• 2.10 X-射线衍射分析
• 2.11 热失重分析
• 2.12 DSC分析
• 2.13 纤维性能测定
• 2.13.1 纤维力学性能测定
• 2.13.2 纤维表面形态测试
• 2.13.2.1 光学显微镜测试
• 2.13.2.2 扫描电镜测试
• 2.13.3 纤维保水值测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 壳聚糖的性质
• 3.1.1 水分的计算
• 3.1.2 灰分的计算
• 3.1.3 脱乙酰度的计算
• 3.1.4 黏均分子量的计算
• 3.2 [Asp]Cl离子液体的红外光谱分析
• 3.3 [Asp]Cl离子液体水溶液对壳聚糖的溶解
• 3.3.1 温度对壳聚糖溶解度的影响
• 3.3.2 离子液体浓度对壳聚糖溶解度的影响图
• 3.4 [Asp]Cl离子液体溶解后析出壳聚糖的表征
• 3.4.1 [Asp]Cl离子液体溶解后析出壳聚糖的红外光谱
• 3.4.2 [Asp]Cl离子液体溶解后析出壳聚糖的XRD
• 3.4.3 [Asp]Cl离子液体溶解后析出壳聚糖的热失重分析
• 3.5 用[Asp]Cl离子液体制备基壳聚糖纤维
• 3.6 用[Asp]Cl离子液体制备氰乙基壳聚糖纤维
• 3.6.1 氰乙基壳聚糖的红外光谱分析
• 3.6.2 氰乙基壳聚糖的XRD分析
• 3.6.3 氰乙基壳聚糖纤维的性能
• 3.6.3.1 氰乙基壳聚糖用量对纤维力学性能的影响
• 3.6.3.2 反应时间对氰乙基壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.6.3.3 凝固浴温度对氰乙基壳聚糖纤维力学性能的影响
• 3.6.3.4 凝固浴中氢氧化钠浓度对纤维力学性能的影响
• 3.6.3.5 凝固浴组成对纤维力学性能的影响
• 3.6.4 氰乙基壳聚糖的表面形态
• 3.7 用[Asp]Cl离子液体制备壳聚糖/PVP共混纤维
• 3.7.1 共混纤维的红外光谱分析
• 3.7.2 共混纤维的DSC分析
• 3.7.3 纤维的表面形态观察
• 3.7.4 纤维的断面结构分析
• 3.7.5 共混纤维的性能
• 3.7.5.1 共混纤维的断裂强度
• 3.7.5.2 共混纤维的保水值
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 研究生学习期间发表的学术论文及专利