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碱溶性羟乙基纤维素溶液的制备及可纺性研究

刘颖  
【摘要】:纤维素是自然界中最丰富的可再生聚合物,具有生物相容性,生物降解性等许多优良性能,可以用来制备多种功能的纤维素产品,还可以通过衍生化反应制备各种纤维素衍生物,能够部分代替石油资源,具有广阔的应用前景。纤维素分子结构中含有大量的羟基,容易形成复杂的分子内及分子间氢键,使其难以溶解于普通的溶剂中或进行熔融加工,直接阻碍了纤维素及其应用技术的进一步发展。粘胶纤维是传统纤维素纤维生产工艺的代表,但是由于其生产过程中排放的CS2、H2S等有毒气体及重金属,给环境带来严重的污染,因此许多研究人员都在探索新的利用纤维素及其衍生物的方法。本论文探索了碱溶性羟乙基纤维素纺丝原液的制备及可纺性。 羟乙基纤维素(HEC)是纤维素和环氧乙烷发生醚化的产物。根据摩尔取代度(MS)的不同可以分为水溶性和碱溶性两种醚化物。水溶性的羟乙基纤维素是一种非离子型的水溶性高聚物,具有增稠、悬浮、乳化、粘合、分散、保湿等优良的性能,国内外已经工业化。低醚化度的羟乙基纤维素不溶于水,但能溶于稀碱溶液中,具有独特的碱溶性。由于碱溶性的羟乙基纤维素具有良好的成膜、成纤性能,有望成为继粘胶纤维、Lyocell纤维之后的又一种具有生命力的纤维素纤维。在石油资源日渐匮乏的今天,其研究意义重大。 在此背景下,本论文采用气固相反应方式合成适合湿法纺丝的碱溶性羟乙基纤维素。首先,确定了碱溶性羟乙基纤维素的合成工艺参数。当醚化温度为40℃,环氧乙烷和纤维素质量比为0.2~0.75时,获得醚化度均一、碱溶性良好的羟乙基纤维素。 接着,探讨了碱溶性羟乙基纤维素在稀碱溶液中的理想溶解条件。当NaOH浓度为8%以上,在0℃以下溶解6-8h且HEC浓度不超过10%,得到高固含量,溶解性良好的羟乙基纤维素溶液,加入尿素作为助溶剂,可使HEC溶解性能明显提高,保证适当减少环氧乙烷的用量,降低纤维素衍生物的醚化度后的HEC碱溶性,从而降低纤维遇水降解的程度,防止纤维湿强的明显降低。 最后,利用ARES流变仪对HEC/NaOH/尿素复合溶液进行稳态和动态流变测试及分析,为其湿法纺丝工艺的实现获得数据支持。研究了碱溶性HEC纺丝原液在不同温度、不同质量分数和不同角频率下的动态黏度特性,表明HEC/NaOH溶液为切力变稀的非牛顿流体.溶液动态黏度随HEC质量分数的增加呈非线性增大.由于HEC的半刚性分子链,溶液黏度对角频率,尤其对温度的变化不敏感。


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