纖維素在磷酸-多聚磷酸體系中成形過程的研究.pdf

1、纖維素是一種最豐富的天然的可再生的高分子材料，由于植物的再生速度很快，纖維素材料對于我們的地球來說是一種取之不盡、用之不竭的資源。纖維素材料的開發(fā)利用非常重要。據(jù)專家預(yù)測，地球上的石油資源到21世紀(jì)中期將會用盡，隨著石油資源的日益短缺，再生纖維素將作為石油代用品來滿足人類對紡織品的基本需求。
　　 纖維素纖維的制備方法主要有粘膠法，銅氨法及NMMO法等。其中粘膠法及銅氨法對環(huán)境污染較大，環(huán)保問題無法解決。NMMO法雖對環(huán)境無污染

2、，但成本較高。本論文采用磷酸/多聚磷酸作為溶劑，研究了纖維素在其中的溶解性能和液晶性，探索了液晶紡絲工藝，確定了最佳凝固條件，制得了性能優(yōu)良的纖維素纖維，并通過各種測試手段，對纖維的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究分析。
　　 本論文采用磷酸/多聚磷酸為溶劑，制備出了均勻的纖維素溶液。通過偏光顯微鏡觀察，確定了液晶現(xiàn)象出現(xiàn)的濃度范圍及溫度范圍，并討論了纖維素聚合度、溶液濃度及溫度對液晶現(xiàn)象的影響。結(jié)果顯示：磷酸/多聚磷酸在一定P2O5濃度范圍

3、內(nèi)是纖維素的優(yōu)良溶劑；液晶相形成的臨界濃度隨纖維素聚合度的增大而減??；纖維素聚合度越高，液晶相消失的臨界溫度越高；相同聚合度下，溶液濃度越高，液晶相消失的臨界溫度越高。
　　 液晶現(xiàn)象的觀測為紡絲打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。由于液晶分子的取向特性，紡絲時可以在較低的牽伸條件下，獲得較高的取向度，避免纖維在高倍拉伸時產(chǎn)生應(yīng)力和受到損傷。本論文研究了纖維素液晶紡絲工藝，結(jié)果表明：纖維素溶解情況越好，紡絲越容易進(jìn)行；纖維素聚合度越高，紡制纖維的

4、強(qiáng)度越高；紡絲溫度升高引起纖維素降解，纖維強(qiáng)度降低；噴頭拉伸越大，纖維強(qiáng)度越高：氣隙越長，纖維強(qiáng)度越低。絲條要在凝固浴中充分凝固，以防并絲的產(chǎn)生；纖維要加強(qiáng)水洗，以徹底除去纖維中的殘存磷酸，以制得強(qiáng)度較好的纖維。
　　 干濕法紡絲中的凝固是影響成品纖維質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。本論文討論了影響纖維凝固的各種因素。采用乙醇、乙二醇、丙酮、水及其混合液作為凝固浴進(jìn)行紡絲，通過對制得纖維的性能比較，確定了最佳凝固浴。研究結(jié)果表明：絲條的凝固

5、速度隨凝固浴溫度的升高而加快；凝固初期，絲條有溶脹增重現(xiàn)象，之后隨時間的延長而逐漸凝固；所選凝固浴中，丙酮對纖維的凝固速度最快，水的凝固速度最慢，乙醇為最佳凝固浴，制得纖維性能最好。
　　 研究制得纖維素纖維的結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性，對制備具有特定性能的纖維素纖維和改進(jìn)紡絲工藝有實(shí)際意義。本論文通過纖維力學(xué)性能測定、紅外光譜分析、X-射線衍射、聲速取向和掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)方法，對制得纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的表征。結(jié)果表明：磷

6、酸/多聚磷酸體系僅作為溶劑溶解纖維素，與纖維素間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；制得纖維素纖維呈現(xiàn)纖維素Ⅱ的晶型；纖維結(jié)晶度、取向度及力學(xué)強(qiáng)度均隨噴頭拉伸比的增大而提高，而纖維晶粒尺寸基本不變。
　　 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：
　　 （1）采用磷酸/多聚磷酸為溶劑溶解纖維素，制備了具有液晶性能的紡絲原液，相對于粘膠法大大縮短了纖維素的溶解時間。
　　 （2）采用液晶紡絲工藝，制得了強(qiáng)度為2.27cN/dtex，模量為104.04cN