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离子液体/有机溶剂复配体系溶解竹纤维素的纺丝工艺探究

欧阳鹏飞  
【摘要】:近些年来,离子液体法溶解纤维素并制备再生纤维受到人们广泛研究,对纺丝工艺的探究一直是现在研究的热点。本文选用离子液体有机溶剂复配体系对竹纤维浆粕进行溶解制成纺丝原液,通过湿法纺丝和静电纺丝制备再生纤维,并对再生纤维进行表征。将竹纤维素浆粕分别溶于1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐([AMIM]Ac),1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([BMIM]Ac),1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)与有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)的复配体系中,通过偏光显微镜观察竹纤维素浆粕的溶解过程,测定纺丝原液的电导率和表面张力。结果表明,在配比相同的情况下,三种离子液体复配体系完全溶解纤维素的时间由快到慢为[EMIM]Ac[BMIM]Ac[AMIM]Ac,离子液体[AMIM]Ac制成的纺丝原液电导率最高,[BMIM]Ac最低,而离子液体[EMIM]Ac制成纺丝原液的表面张力最大,[BMIM]Ac最小。随着复配体系中离子液体含量降低,有机溶剂含量增加,对竹纤维素浆粕溶解的速度先增快后减慢,溶液电导率先增加后降低,而溶液的表面张力逐渐增加。随着竹纤维浆粕含量的增加,溶解速度,溶液电导率和表面张力下降。经过氢氧化钠活化后的竹纤维浆粕在复配体系中溶解速度更快。将纺丝原液进行湿法纺丝制得再生纤维,并对再生纤维进行电镜分析、热重分析、X射线衍射及力学性能测试,结果表明:在相同配比下,离子液体[AMIM]Ac所纺制的再生纤维各方面性能较好,表面光洁,热稳定性好,直径最大,断裂强度最大,结晶度较好,而离子液体[EMIM]Ac相对来说性能较差。随着复配体系中离子液体含量降低,有机溶剂含量增加,再生纤维表面先变光洁然后逐渐粗糙,直径同样先变小后增大,稳定性先增加后下降,而断裂强度和结晶度下降。随着竹纤维素浆粕含量的增加,再生纤维表面变光洁,热稳定性增加,直径、断裂强度、结晶度增大。随着拉伸比增大,再生纤维表面变光洁,热稳定性增加,直径变小,而断裂强度和结晶度增大。将纺丝原液进行静电纺丝制得再生纤维并进行表征,结果表明:在相同配比下,离子液体[AMIM]Ac所配制的纺丝原液纺丝效果较好,纤维较为均匀,热稳定性较好。离子液体[EMIM]Ac配制的纺丝原液纺丝效果较差。随着纺丝原液中离子液体含量降低,有机溶剂的增加,喷丝量先增加然后减少,并伴有液滴,再生纤维逐渐变得纤细,且纤维均匀度提高,然后节点开始增多,粗细不均匀。随着竹纤维素浆粕含量,电压增大和温度升高,喷丝量增加,纺丝较为容易,纤维表面光滑程度和热稳定性提高。通过XRD分析,再生纤维的结晶形态发生改变,由纤维素Ⅰ型变为纤维素Ⅱ型。


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