亚麻纤维素的溶解及其成膜性能的研究

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随着可持续发展战略的推进和环境保护意识的增强,纤维素因其具有良好的生物相容性、可降解性,受到人们越来越多的关注。我国亚麻种植面积十分广泛,资源丰富,目前亚麻的利用主要以亚麻纤维的形式应用于服装面料、汽车用品和床上用品等领域,关于亚麻纤维溶解成膜的研究相对较少。亚麻纤维素溶解及成膜性能的研究对提高亚麻天然纤维利用率和拓宽其应用领域具有重要意义。本课题主要探究了亚麻纤维素的溶解及成膜工艺和性能测试。选用了亚麻纤维作为原料,采用一定浓度的氯化锌水溶液作为溶剂对其进行了溶解。溶解所得到的镀膜液通过流涎成膜,浸入到水凝固浴中凝胶化成型,膜制备过程中加入一定质量分数的聚乙烯醇(PVA)作为添加剂和亚麻纤维作为增强基体,于烘箱中烘干定形得到PVA/亚麻纤维素膜。并对其进行性能测试和工艺优化。在溶解工艺部分,探究了不同ZnCl2浓度、亚麻纤维质量分数、溶解时间、溶解温度、剪切作用和存放时间对纤维素溶液溶解和稳定性的影响。结果表明随着ZnCl2浓度的增加,其对纤维素的溶解能力也逐渐增强,在ZnCl2浓度为67%时,对纤维素表现出良好的溶解性。2%亚麻纤维素与溶液质量比得到的纤维素溶液具有良好的流动性和粘性。溶解时间和溶解温度对亚麻纤维素溶液的稳定性影响较为显著,溶解4h后纤维素的粘度逐渐趋于稳定,在90℃时,纤维素具有良好的溶解效益。纤维素溶液受到外力剪切作用时其粘度会随作用力的增强而减弱,纤维素溶液体系在存放过程中会受到环境的影响,产生变质,观察结果显示纤维素溶液的最佳使用时间是在4天内。在成膜工艺部分,首先利用单因素分析法探索了纤维溶解程度、添加剂质量分数、纤维长度、烘干温度这些工艺条件对纤维素膜拉伸性能、弯曲性能和透气性能的影响。其次,采用正交设计的方法,对PVA/亚麻纤维素膜的制备工艺进行正交实验,通过极差与方差分析优选出最优方案,并通过验证实验进行验证。单因素实验结果表明,随着PVA质量分数的提高PVA/亚麻纤维素膜断裂强度提高,而当亚麻纤维长度、烘干温度、纤维溶解程度、PVA质量分数达到最佳值后,断裂强度不再提高,当亚麻纤维长度为2mm、烘干温度为90℃、亚麻纤维溶解时间为4h时、PVA质量分数为3.9%时,PVA/亚麻纤维素膜具有良好的断裂强度、弯曲刚度和透气性能。根据单因素结果分析确定合适的工艺参数,对PVA/亚麻纤维素膜的制备工艺进行正交实验,对实验结果进行极差分析与方差分析,选取最佳实验方案。考虑到PVA/亚麻纤维素膜的断裂强度对其性能的影响较大,结果表明PVA/亚麻纤维素膜制备的最优工艺为烘干温度80℃,纤维溶解时间4h,PVA质量分数为6%,并通过验证实验进行了验证。此外课题还对PVA/亚麻纤维素膜的表面摩擦性能、压缩柔软度、剪切性能进行了一定研究,结果表明本课题制备的复合膜具有良好的压缩、剪切性能,且柔软度较好。
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