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《武汉大学》 2005年
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NaOH/尿素溶液中纤维素膜和纤维的凝固条件研究

茅源  
【摘要】:由于石油资源日益枯竭以及石油制品生产的非降解塑料引起的环境污染日益严重,研究和开发以天然高分子为原料的新高分子材料已成为本世纪高分子领域的重要课题之一。纤维素是地球上最丰富的天然高分子,年产量约2000亿吨。它有独特的反应功能和分子特性,如无毒、安全、生物可降解性、生物相容性、亲水性、化学稳定性等,且价格低廉。目前,以纤维素为原料的再生纤维素制品如微孔膜和化学纤维已广泛地应用于各个领域,而每种用途都对纤维素产品的结构和性能提出了不同的要求。纤维素浓溶液经流延法制膜或湿法纺丝可制备出再生纤维素膜和纤维,而它们的结构和性能依赖于凝固再生过程中凝固剂的化学组成以及凝固条件。本实验室已开发出一种纤维素新溶剂—7.5 wt% NaOH/11 wt%尿素水溶液,当它预冷到-10℃,可迅速溶解纤维素得到透明的纤维素溶液。本论文应用该体系制备再生纤维素膜和纤维,主要研究凝固条件对它们的结构、形貌及其物理性能的影响。 本工作的主要创新点如下:(1)利用均匀设计方法成功评估了在纤维素—7.5 wt% NaOH/11 wt%尿素溶液中制备再生纤维素膜的最佳凝固剂和凝固条件;(2)基本弄清凝固剂对微孔膜结构、水通量和平均孔径的影响;(3)基本弄清凝固条件对湿纺的再生纤维素纤维截面形貌、结构和物理性能的影响。 本论文研究的主要内容和结论概括如下。在纤维素—7.5 wt% NaOH/11 wt%尿素溶液中制备了再生纤维素膜,用~(13)C-NMR、X-射线衍射、扫描电镜和拉力实验等研究凝固剂组成和凝固条件对纤维素膜的结构和性能的影响。以数论和统计学为基础的均匀设计方法成功优化了H_2SO_4水溶液中的凝固条件,包括凝固剂浓度(1~15wt%)、凝固时间(1~15min)和凝固温度(25~55℃)。同时,研究了由一系列水溶液如5 wt% H_2SO_4/Na_2SO_4、Na_2SO_4、HOAc和(NH_4)_2SO_4在25℃和不同的凝固剂浓度(1~15 wt%)和凝固时间(1~15min)制备再生纤维素膜。结果表明,在25℃下较合适的凝固剂及其浓度和时间分别为5 wt% H_2SO_4 5 min、5 wt% H_2SO_4/5 wt% Na_2SO_4 5 min、5 wt% Na_2SO_4 15 min、3 wt% HOAc 5 min和5 wt%(NH_4)_2SO_4 3 min。低温更有利于再生纤维素膜凝固并形成较好力学性能地膜。所有凝固剂和凝固条件下制备的再生纤维素膜都显出比商用玻璃纸更好的力学性能。5 wt% H_2SO_4/Na_2SO_4为最佳凝固剂,所制备的再生纤维素膜在总体上表现出更加均匀致密的结构和较高的力学性能,而且表现出优良的光学透过性。XRD、SEM、透光率和拉力实验结果表明凝固过程与凝固剂和纤维素溶液中溶剂的互扩散行为有关。凝固机理可描述为纤维素溶液中富相和贫相的两相分离导致了纤维素富相从溶液中沉淀和再生,由此形成了再生纤维素膜。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:O636.1

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【参考文献】
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