纖維素-離子液體濃溶液的流變性能及其雙螺桿擠出紡絲成形研究.pdf

1、纖維素是自然界中最豐富的可再生資源，具有可生物降解、生物相容性好、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，以其為原料可制備不同類型的再生纖維素材料。然而纖維素結(jié)構(gòu)中含有大量的分子間和分子內(nèi)氫鍵，使其不能熔融，也很難溶解在常規(guī)溶劑中，這給纖維素的加工造成了很大困難。離子液體是近年來興起的一類極具應(yīng)用前景的纖維素綠色溶劑，它的出現(xiàn)為纖維素資源的廣泛應(yīng)用提供了一個新的途徑。
　　本文以離子液體為溶劑，采用雙螺桿擠出機(jī)制備了高濃度的纖維素溶液，研究了纖維素/

2、離子液體濃溶液的流變性能和凝固成形，利用雙螺桿擠出干濕法和溶液溶噴法制備了再生纖維素纖維及其非織造布。研究取得的主要結(jié)果如下:
　　(1)以離子液體為溶劑，利用密煉機(jī)對纖維素進(jìn)行動態(tài)溶解，根據(jù)溶解過程中體系扭矩隨時(shí)間變化的關(guān)系確立了纖維素在離子液體中的完全溶解時(shí)間。通過正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溶解溫度和溶液濃度對纖維素完全溶解時(shí)間的影響顯著;利用雙螺桿擠出機(jī)，通過逐步升溫的方法制備了纖維素/離子液體濃溶液。
　　(2)流變性能測試表明在

3、纖維素/離子液體溶液中，增比粘度對溶液濃度的依賴性與中性高分子/θ溶劑體系是一致的，運(yùn)用Zimm模型和Rouse模型描述了纖維素在離子液體中的運(yùn)動行為。纖維素/離子液體濃溶液是一種切力變稀流體，Cox-Merz法則和時(shí)溫等效原理對該體系是適用的。隨著溶液濃度的增加以及測試溫度的降低，纖維素/離子液體濃溶液的零切粘度、第一法向應(yīng)力差、彈性和粘性模量都增大。
　　(3)根據(jù)Fick定律和現(xiàn)有的擴(kuò)散動力學(xué)方程，計(jì)算了纖維素溶液中的溶劑在

4、凝固浴中的擴(kuò)散系數(shù)，其值隨著凝固浴溫度的增加而增大，隨凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先增大后減小;系統(tǒng)研究了凝固條件對初生纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響。
　　(4)通過雙螺桿擠出干濕法制備了再生纖維素纖維，研究了溶液濃度、噴絲頭溫度、空氣層距離等條件對纖維形貌和性能的影響，采用響應(yīng)面優(yōu)化法研究了纖維素濃度為20wt％的紡絲溶液中各因素對纖維強(qiáng)度的影響，得到最佳紡絲參數(shù)為:噴絲頭溫度142.41℃，計(jì)量泵轉(zhuǎn)速29.96r/min，空氣層距離21.