羊毛/纤维素复合纤维的制备及性能研究

【摘要】：羊毛是应用广泛、性能优异的纺织工业原料，但应用过程大量废弃且传统回收方法对环境污染严重，通过羊毛再利用提高附加值是材料研究的重要方向。纤维素是自然界重要的可再生资源，以新型有机绿色溶剂离子液体为溶剂，将纤维素和羊毛通过溶液共混方法制备复合材料，是绿色环保制备高性能材料的途径。 本文研究了羊毛和纤维素在自制离子液体中的溶解情况，探讨了共混膜的制备工艺、结构和性能，通过研究羊毛角蛋白/纤维素共混溶液的流变性能，找到可纺性优异的纺丝原液，对原液的纺丝工艺进行探讨，并研究自制共混纤维的结构和性能，具体实验如下： 研究了离子液体对羊毛和纤维素的溶解过程及工艺，确定以自制离子液体1-丁基-N-甲基咪唑醋酸盐（[BMIM]Ac）为溶剂，分别在100℃下溶解羊毛，90℃下溶解纤维素制备羊毛和纤维素溶液。 通过探讨多种单因素对膜各项性能影响，设计了四水平五因素正交试验，以物理机械性能为主要指标，确定共混膜最优制备条件：羊毛/纤维素比例为7:3，60℃共混搅拌120min，在室温3:7（离子液体/乙醇）溶液凝固再生，共混膜放在塑料薄膜上干燥，所得共混膜强度为31.83MPa。 羊毛角蛋白/纤维素溶液为“切力变稀”型流体，溶液表观粘度随剪切速率的增大而下降；共混溶液非牛顿指数随温度和羊毛含量的增大而升高，结构粘度指数随温度和羊毛含量的增加而降低，较高温度的高羊毛比例溶液可纺性较好；纺丝液表观粘度随纤维素含量的增加和温度的降低而增大，确定将60℃的7:3（羊毛：纤维素）共混溶液作为纺丝原液。 对60℃的7:3共混溶液纺丝，确定了较优工艺条件：5℃的水为凝固浴，干燥过程中使纤维保持1.2倍拉伸，制得强度为2.54cN/dtex-1的共混纤维。 红外光谱、形态结构、X射线衍射分析共混膜和共混纤维表明羊毛与纤维素大分子间产生相互作用力，具有较好的相容性，凝固浴种类及离子液体含量对共混材料结构存在轻微影响。红外测试表明复合膜和纤维基本保持了角蛋白和纤维素原有基团，表现出一定蛋白质属性；形态结构分析显示干燥过程中对复合膜及纤维施加一定张力有助于其形态结构的完善；X射线衍射说明溶解再生过程破坏了复合材料中羊毛角蛋白的结晶，纤维素主要以纤维素II结构存在；TG分析说明复合膜和纤维具有较好热稳定性。