竹纤维素浆粕在离子液体/有机溶剂复配体系中的溶解性和可纺性研究

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纤维素是自然界中储量最丰富的天然可再生资源,它的开发与利用对解决能源危机问题具有重要意义。由于纤维素分子间和分子内有大量氢键,使得其不熔融和难溶解,严重限制了其开发与利用。离子液体是一种新型绿色溶剂,具有可循环、无污染等优点,已逐步成为研究纤维素溶解的热点溶剂。但离子液体粘度大,后续纺丝困难,因此,本论文在咪唑类离子液体中加入有机溶剂,以降低离子液体的粘度,增加其对纤维素的溶解性及可纺性。  将竹纤维素浆粕分别溶于二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、乙醇,丙酮等五种有机溶剂与1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl)的复配体系中,并通过偏光显微镜观察竹纤维素浆粕的溶解过程。研究发现,在配比相同的情况下,五种有机溶剂对竹纤维素浆粕完全溶解的时间由快到慢依次是DMSO>DMF>DMAc>乙醇>丙酮;随着复配体系中DMSO含量增加,竹纤维素浆粕的溶解时间先减小再增加;随着溶解温度提高,竹纤维素浆粕完全溶解所需时间越短。  利用旋转流变仪对竹纤维素浆粕/[AMIM]Cl/DMSO复配体系进行稳态及动态流变测试,稳态流变测试结果显示:随着温度升高、剪切速率增加、DMSO浓度增加以及竹纤维素浆粕浓度降低,复配体系的表观粘度和零切粘度皆呈下降趋势;在80℃、竹纤维素浆粕浓度为10%、DMSO浓度为60%时,非牛顿指数最大,竹纤维素浆粕/[AMIM]Cl/DMSO复配体系接近牛顿流体;当复配体系中DMSO浓度为50%时,结构粘度指数最小,可纺性最好。动态流变测试结果显示:在角频率相同时,随着竹纤维素浆粕浓度增加、DMSO浓度减小和温度降低,复配体系的储能模量和损耗模量均增大,损耗因子降低;随着角频率增加,不同复配体系的储能模量和损耗模量均增大,损耗因子降低。  通过湿法纺丝对竹纤维素浆粕/[AMIM]Cl/DMSO复配体系的可纺性进行研究,对再生纤维丝的聚合度、X射线衍、红外光谱、断裂强度测试分析结果表明:随着竹纤维素浆粕浓度增加和DMSO浓度降低,再生纤维丝的聚合度、直径、断裂强度皆增加;在[AMIM]Cl/DMSO中溶解的竹纤维素浆粕未发生衍生变化,但再生纤维丝的结晶形态发生改变,由纤维素Ⅰ型变为纤维素Ⅱ型,且再生纤维的结晶度有所下降。
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