低取代羥丙基纖維素制備及其成型加工性的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著全球石油資源的日益枯竭，以及以石油為原料的聚合物合成和加工過(guò)程及其廢棄物均不同程度地對(duì)環(huán)境造成日益嚴(yán)重污染，相比較而言，天然高分子來(lái)源廣泛以及生物可降解的優(yōu)勢(shì)日益明顯。但是，作為重要的天然高分子原料-纖維素，其分子內(nèi)和分子間存在大量的氫鍵，同時(shí)又有高度的結(jié)晶性，導(dǎo)致其在一般溶劑無(wú)法溶解。在目前纖維素及其衍生物生產(chǎn)中也存在著環(huán)境污染、溶劑價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，而纖維素在低溫下的氫氧化鈉、尿素等復(fù)合堿性水溶液中可以溶脹、溶解，這為本課

2、題的實(shí)施提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文首先以低取代羥丙基纖維素為原料，基于正交試驗(yàn)方法，利用徠卡偏光顯微鏡、回轉(zhuǎn)粘度計(jì)研究了其在氫氧化鈉、硫脲和尿素復(fù)合體系低溫下的溶解性。在此基礎(chǔ)上，基于粘度法、核磁共振譜儀、動(dòng)態(tài)流變儀和X射線多晶衍射儀等分析測(cè)試方法進(jìn)一步比較了五種羥丙基纖維素（CHS,HAS,JYD-2,JYD-3和WZH）溶解性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系、溶液的流變性以及再生特性。利用萬(wàn)能試驗(yàn)拉伸機(jī)測(cè)定再生羥丙基纖維素薄膜的力學(xué)性能?；谏鲜龉ぷ?，采用

3、氣固相法自制了低取代的羥丙基纖維素，并研究了不同醚化劑量和壓榨比的羥丙基纖維素的溶解性和成膜與可紡性。經(jīng)過(guò)以上系列的研究主要得出以下結(jié)論：
　　（1）基于正交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)羥丙基纖維素HAS溶液的粘度越小，溶解性越好，這符合愛(ài)因斯坦粘度方程；且發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉用量對(duì)HAS的溶解性影響顯著，硫脲和尿素用量影響較顯著。低溫有利于HAS在氫氧化鈉水性溶劑中溶解，溫度對(duì)溶解性的影響大于時(shí)間。
　?。?）羥丙基纖維素樣品JYD-2和JYD-3

4、分子量較HAS、CHS和WZH三種樣品大，JYD-2的聚合度達(dá)到833。相對(duì)于醚化度而言，分子量對(duì)溶解性的影響更大，分子量大，所得溶液渾濁且粘度大，溶解性越差。在溶液濃度較低時(shí)，JYD-2、JYD-3和HAS三種纖維素溶液已出現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象。
　?。?）X射線多晶衍射結(jié)果表明，五種羥丙基纖維素中只有HAS原料為纖維素Ⅰ型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其余為纖維素Ⅱ型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。溶解再生后，纖維素濕膜的結(jié)晶度都明顯下降，分子量低的濕膜再生后結(jié)晶度大。未溶

5、解的HAS的Ⅰ型結(jié)構(gòu)在再生干燥時(shí)不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛐徒Y(jié)構(gòu)，且溶解性越好，干燥后纖維素Ⅱ型結(jié)晶結(jié)構(gòu)含量增加的越明顯。JYD-2和JYD-3再生膜具有較強(qiáng)的斷裂強(qiáng)度達(dá)到75和74MPa，而HAS膜斷裂強(qiáng)度只有26MPa。
　　（4）通過(guò)氣固相法制得了分子量較高和醚化度低的羥丙基纖維素。在壓榨過(guò)程中，堿纖維素大分子鏈在氧氣催化作用下發(fā)生降解，且壓榨比越大降解也嚴(yán)重。在相同醚化劑量條件下，壓榨比越大，堿纖維中存留的堿液越多，醚化度低；在壓榨比相

6、同時(shí)，隨著醚化劑量的增加醚化度增大但醚化效率降低，壓榨比小醚化效率高。
　?。?）羥丙基纖維素的特性粘度隨著醚化度的增加而略微降低，且隨著醚化劑量的增加，結(jié)晶區(qū)破壞程度加大，結(jié)晶度降低，溶解性增加。
　　（6）制得的低取代高分子量的羥丙基纖維素溶解再生膜具有優(yōu)良的力學(xué)性能，壓榨比3.83、醚化劑量40%的羥丙基纖維素再生膜斷裂強(qiáng)度達(dá)到110Mpa。通過(guò)濕法紡絲工藝初步制得了低取代羥丙基纖維素纖維，纖維的斷裂強(qiáng)度達(dá)到1.84c