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随着近年来石油资源日益紧张以及其对环境污染造成的一系列问题,价格低廉可再生的纤维素引起了极大关注。但是纤维素由于其独特的强氢键结构,不能熔融,只能溶解在特殊溶剂中。粘胶法是目前国内采用最广泛的纤维素纤维生产方法,但其生产工艺对环境造成极大的污染。近十多年来离子液体作为一种新型绿色的纤维素溶剂蓬勃发展,但存在熔点高、粘度大、溶解效率低、溶解温度高等问题,易导致再生纤维素降解严重,并且离子液体成本较高。本课题主要通过向传统咪唑型离子液体添加合适的极性非质子溶剂来优化其对纤维素的溶解性能,大幅度减少离子液体用量以降低溶剂成本,在该溶液体系流变性能研究的基础上,实现了在室温条件下对此溶液体系的高浓度纤维素溶液进行湿法纺丝。 向传统离子液体[Emim]Ac中添加DMSO、DMF、DMAc三种极性非质子溶剂,测定了50℃下纤维素在不同复合溶剂中的溶解性能,结果表明[Emim]Ac/DMSO复合溶剂对纤维素溶解效果最优,并且当DMSO的添加量占溶剂总质量的70%时效果最佳,同时通过电导率及1H NMR测试研究了极性非质子溶剂对纤维素溶解机理的影响。通过 FT-IR、TGA、SEM及力学性能测试等方法对不同比例[Emim]Ac/DMSO溶剂再生得到的纤维素膜进行表征发现,该溶剂为纤维素的直接溶剂,并且随着溶剂中 DMSO含量增加,再生纤维素膜的结晶度、热稳定性、断裂强度及聚合度均有所降低,表明复合溶剂对纤维素分子链及结晶区的有较强的破坏作用。 对10wt%纤维素/[Emim]Ac/DMSO溶液进行流变性能测试,结果表明:(1)该溶液体系呈现典型的假塑性流体行为,随着温度的升高或溶剂中 DMSO含量的增加溶液可纺性提高,并且适当提高剪切速率或DMSO含量可降低溶液对温度的敏感性;(2)动态测试表明在低频区,纤维素溶液的储能模量G小于耗能模量G",表现出黏性行为,随着频率升高G~ω和G"~ω两条曲线出现交点,之后G大于G",溶液逐渐表现出弹性行为;并且随着溶剂中 DMSO含量的降低,纤维素溶液更易在较低角频率下表现出弹性行为。 选取20%[Emim]Ac/80%DMSO混合溶剂实现对10wt%纤维素的溶解并在25℃下进行湿法纺丝,并研究不同工艺条件对再生纤维结构和性能的影响。结果表明最佳的纺丝工艺条件如下:凝固浴组分为15%溶剂/85%H2O,凝固浴温度为25℃,喷头拉伸比为0.96倍,一级水浴牵伸比为1.78倍,水浴温度为100℃。最优条件下获得的纤维素纤维表面光滑,截面近圆形,且结构致密均匀;断裂强度最大可达到2.43cN/dtex,伸长率为10.40%;纤维素晶型由原纤维素I型转变成为II型,结晶度58.77%,取向因子0.826。