基于溶解再生工艺纤维素包装膜的制备与研究
发布时间：2021-06-07 22:44
纤维素是地球资源中最常见、最广布、原料最多元的天然高聚物材料之一,不仅安全无毒、可降解再生,而且性能优异,被普遍认为是未来石油衍生材料的替代材料。目前纤维素基膜材料存在溶解条件苛刻、制备工艺复杂、综合性能不佳等问题,因此本课题以市售纤维素粉为原料、LiCl/DMAc为溶剂,采用简单的工艺使纤维素溶解,以制得的纤维素溶液为成膜液,通过优化工艺、添加增强相制备纤维素基高性能包装膜,并从多个方面对薄膜的包装性能进行测试和评估。主要研究成果如下:（1）基于LiCl/DMAc溶剂,研究了纤维素原料的溶解能力、溶解过程及流变性能。采用水-甲醇-DMAc活化以及1000r/min以上的搅拌速度使纤维素在相同时间内溶解量最多,4g纤维素粉于常温下高速搅拌40min便基本溶解,长链纤维溶解时还会出现泡状和分丝帚化现象。纤维素溶液的黏度随浓度呈指数级增加,随剪切速率和振荡频率先轻微增加后急剧降低,为剪切变稀型流体。纤维素溶液的黏弹性随振荡频率一直增加,整体呈弹性特性。（2）纤维素膜（RCs）采用溶解、浇铸、凝胶、再生、干燥工艺进行制备,研究了纤维粒径、溶液浓度及凝胶时间对RCs力学性、阻隔性、透明性和热稳...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素的结构：(a)纤维素的分子式；(b)纤维素的聚集态结构；(c)纤维素的主要物质组成；(d)
第一章绪论9图1-2ACCs的制备方法：(a)二步法；(b)一步法Figure1-2MethodsofACCspreparation:(a)two-stepmethod;(b)one-stepmethod自Nishino和Ginal提出两种制备ACCs的方法以来，国内外学者对ACCs都进行了深入的研究。2006年，复旦大学陈钦[66]基于LiCl/DMAc体系通过二步法和一步法分别制备出两种ACCs，并探究了纤维含量和溶解时间对ACCs强度的影响；2008年，唐文倩、吴宏武[67]通过挤出模压工艺制备出改性苎麻纤维增强醋酸纤维的ACCs，结果显示改性后的苎麻纤维对ACCs的增强性能优于未改性苎麻纤维。近年来我国对ACCs的研究成果也逐渐增多，王玮[68]以纤维素纳米纤丝（NFCs）为增强相、二醋酸纤维为基体、丙酮为溶剂，通过浇铸成型得到不同NFCs含量的ACCs；顾潮[69]以废弃棉杆纤维为基体原料、棉杆皮纤维为增强相、BMIMCl为溶剂，采用热压成型和凝固浴再生工艺制备全纤维素复合材料，并探究纤维长度、纤维浓度、热压参数等多项因素对复合膜力学性能的影响；游惠娟[70]对两种溶剂体系下纤维素的溶解工艺进行优化，采用一步法成功制出基于两种溶剂体系的ACCs；徐伟鑫[71]以[BMIM]Cl为溶剂，部分溶解汉麻织物和水曲柳两种天然纤维，通过热压成型制得ACCs，并探究了热压参数对ACCs结晶度和强度的影响；曹静[72]以棉浆为原料、TBAH/DMSO为溶剂采用两种方法制出ACCs，探究了溶解时间在一步法、CNFs添加量在二步法中对ACCs力学性能和结构的影响。国外学者对ACCs的研究较为深入，Ghaderi等[73]对自制的甘蔗渣纳米纤维片进行表面选择性溶解来制备全纤维素纳米复合材料（ACNC），溶解时间对ACNC强度有显著性影响，溶解10min时的ACNC强度高达140MPa；Tanpichai[74]对比了NFC和MCC两种增强相对ACCs的增强能力，结果表明NFC比MCC具有更好的
江南大学硕士学位论文16表2.4不同搅拌速度下纤维素的溶解量Table2.4Solubilityofcellulosewithdifferentstirringrates溶解量2g/100ml3g/100ml4g/100ml5g/100ml250r/min+-500r/min++-1000r/min++++1500r/min++++注：溶解量是指100mlLiCl/DMAc完全溶解活化纤维粉的克数，+为完全溶解，-为部分溶解，--为不溶解。纤维素经溶剂活化处理后为湿润的小块状，加入进制好的LiCl/DMAc中溶解时，由于LiCl/DMAc溶解速度较快，若不能将纤维素在开始溶解前充分分散，部分纤维素溶解后，形成的具有一定黏度的溶液会影响溶剂对未溶纤维的进一步溶剂化作用。搅拌速度对纤维素溶解量的影响如表2.4所示，当搅拌速度较低时（≤500r/min），相同时间内纤维素完全溶解的量较少，随着溶液中纤维素含量增加，溶液黏度明显增大，低速搅拌不足以使纤维素在溶剂中快速均匀分散，高纤维素含量的溶液中甚至还会出现未溶纤维素团状物，影响溶剂对纤维素的溶解。当搅拌速度提高到1000r/min以上时，相同时间内纤维素完全溶解的量明显增多，纤维素于高速搅拌下能在溶剂中均匀分散，并且能快速剥离未溶纤维表面的溶解部分[95]，增加溶剂与纤维素间的相互接触与作用，因而明显加快了纤维素的溶解。2.4.2纤维素的溶解过程(a)(b)(c)(d)(e)(f)图2-1纤维素溶解不同时间的宏观图片：(a)5min；(b)10min；(c)15min；(d)20min；(e)25min；(f)40minFigure2-1Macrographsofcelluloseatdifferentdissolutiontime:(a)5min;(b)10min;(c)15min;(d)20min;(e)30min;(f)40min纤维素溶解过程的宏观光学图片和微观显微图片如图2-1和2-2所示。随着溶解时间增加，溶液逐渐由模糊悬浊变得清亮透明，纤维由长变短、由粗变细，逐渐溶解，最
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波辅助酸碱法提取芦苇纤维素的研究[J]. 辛民岳,梁列峰. 武汉纺织大学学报. 2019(06)
[2]再生纤维素膜行业的发展现状与趋势分析[J]. 中国造纸杂志社产业研究中心. 中国造纸. 2019(11)
[3]高吸附量纤维素膜的制备及其对Pb2+的吸附性能[J]. 贺娇娇,杨兴林,刘萌,王丽. 精细化工. 2020(02)
[4]菠萝叶纤维素膜对青枣和鲜切菠萝的保鲜效果研究[J]. 那广宁,纪海鹏,李航,吴涵溪,刘倍汐,陈存坤,张锐. 食品研究与开发. 2019(17)
[5]LiCl/DMAc溶解再生甘蔗渣的表征分析与酶解特性[J]. 尹文洁,齐高相,王建辉,申渝,龚明波. 可再生能源. 2019(08)
[6]木质素-木粉/高密度聚乙烯复合材料的制备及阻燃性能[J]. 杨鑫,李学敏,王奉强,王伟宏. 复合材料学报. 2020(03)
[7]非衍生化溶剂体系制备再生纤维素膜及其性能研究[J]. 王澌洁,李怡,李丹,吴忠旋,蒲俊文. 中国造纸学报. 2019(02)
[8]纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓的保鲜效果[J]. 张群利,崔琳琳,郑权,邬泽凯,丁云闪,覃懿琴,张佳俐,何美杉,陈钧浦. 食品工业科技. 2019(19)
[9]TEMPO氧化纤维素纳米纤丝对多壁碳纳米管分散性的影响[J]. 吴波,邵发宁,何文,李惠勉,杨阳. 复合材料学报. 2019(09)
[10]管材专用耐热聚乙烯的动态流变行为[J]. 王群涛,高凌雁,郭锐,王日辉,王雪梅,许平,石晶. 合成树脂及塑料. 2017(04)
硕士论文
[1]再生纤维素基复合薄膜的制备及阻隔性研究[D]. 谭温珍.西安理工大学 2019
[2]可降解纤维素基地膜的制备与性能研究[D]. 李辉.齐鲁工业大学 2019
[3]废旧黄板纸纤维在离子液体中的溶解行为及再生薄膜的制备和性能研究[D]. 徐铭梓.广西大学 2019
[4]纤维素基生物降解塑料的制备及其性能研究[D]. 韩宁宁.郑州大学 2019
[5]纤维素/碱尿素水溶液的制备与再生及其流动行为特征研究[D]. 马红燕.华南理工大学 2018
[6]纳米纤维素纤丝的改性及其应用研究[D]. 巩筱.江南大学 2018
[7]玉米秸秆纤维素膜的制备、结构表征及在茶叶包装中的应用[D]. 赵昊.安徽农业大学 2018
[8]基于纤维素溶解工艺调控的全纤维素复合材料制备[D]. 曹静.西南交通大学 2018
[9]纤维素膜微胶囊自修复技术研究[D]. 张路.东华大学 2018
[10]透明导电纤维素薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 杨海洋.福建农林大学 2017
本文编号：3217453
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素的结构：(a)纤维素的分子式；(b)纤维素的聚集态结构；(c)纤维素的主要物质组成；(d)
第一章绪论9图1-2ACCs的制备方法：(a)二步法；(b)一步法Figure1-2MethodsofACCspreparation:(a)two-stepmethod;(b)one-stepmethod自Nishino和Ginal提出两种制备ACCs的方法以来，国内外学者对ACCs都进行了深入的研究。2006年，复旦大学陈钦[66]基于LiCl/DMAc体系通过二步法和一步法分别制备出两种ACCs，并探究了纤维含量和溶解时间对ACCs强度的影响；2008年，唐文倩、吴宏武[67]通过挤出模压工艺制备出改性苎麻纤维增强醋酸纤维的ACCs，结果显示改性后的苎麻纤维对ACCs的增强性能优于未改性苎麻纤维。近年来我国对ACCs的研究成果也逐渐增多，王玮[68]以纤维素纳米纤丝（NFCs）为增强相、二醋酸纤维为基体、丙酮为溶剂，通过浇铸成型得到不同NFCs含量的ACCs；顾潮[69]以废弃棉杆纤维为基体原料、棉杆皮纤维为增强相、BMIMCl为溶剂，采用热压成型和凝固浴再生工艺制备全纤维素复合材料，并探究纤维长度、纤维浓度、热压参数等多项因素对复合膜力学性能的影响；游惠娟[70]对两种溶剂体系下纤维素的溶解工艺进行优化，采用一步法成功制出基于两种溶剂体系的ACCs；徐伟鑫[71]以[BMIM]Cl为溶剂，部分溶解汉麻织物和水曲柳两种天然纤维，通过热压成型制得ACCs，并探究了热压参数对ACCs结晶度和强度的影响；曹静[72]以棉浆为原料、TBAH/DMSO为溶剂采用两种方法制出ACCs，探究了溶解时间在一步法、CNFs添加量在二步法中对ACCs力学性能和结构的影响。国外学者对ACCs的研究较为深入，Ghaderi等[73]对自制的甘蔗渣纳米纤维片进行表面选择性溶解来制备全纤维素纳米复合材料（ACNC），溶解时间对ACNC强度有显著性影响，溶解10min时的ACNC强度高达140MPa；Tanpichai[74]对比了NFC和MCC两种增强相对ACCs的增强能力，结果表明NFC比MCC具有更好的
江南大学硕士学位论文16表2.4不同搅拌速度下纤维素的溶解量Table2.4Solubilityofcellulosewithdifferentstirringrates溶解量2g/100ml3g/100ml4g/100ml5g/100ml250r/min+-500r/min++-1000r/min++++1500r/min++++注：溶解量是指100mlLiCl/DMAc完全溶解活化纤维粉的克数，+为完全溶解，-为部分溶解，--为不溶解。纤维素经溶剂活化处理后为湿润的小块状，加入进制好的LiCl/DMAc中溶解时，由于LiCl/DMAc溶解速度较快，若不能将纤维素在开始溶解前充分分散，部分纤维素溶解后，形成的具有一定黏度的溶液会影响溶剂对未溶纤维的进一步溶剂化作用。搅拌速度对纤维素溶解量的影响如表2.4所示，当搅拌速度较低时（≤500r/min），相同时间内纤维素完全溶解的量较少，随着溶液中纤维素含量增加，溶液黏度明显增大，低速搅拌不足以使纤维素在溶剂中快速均匀分散，高纤维素含量的溶液中甚至还会出现未溶纤维素团状物，影响溶剂对纤维素的溶解。当搅拌速度提高到1000r/min以上时，相同时间内纤维素完全溶解的量明显增多，纤维素于高速搅拌下能在溶剂中均匀分散，并且能快速剥离未溶纤维表面的溶解部分[95]，增加溶剂与纤维素间的相互接触与作用，因而明显加快了纤维素的溶解。2.4.2纤维素的溶解过程(a)(b)(c)(d)(e)(f)图2-1纤维素溶解不同时间的宏观图片：(a)5min；(b)10min；(c)15min；(d)20min；(e)25min；(f)40minFigure2-1Macrographsofcelluloseatdifferentdissolutiontime:(a)5min;(b)10min;(c)15min;(d)20min;(e)30min;(f)40min纤维素溶解过程的宏观光学图片和微观显微图片如图2-1和2-2所示。随着溶解时间增加，溶液逐渐由模糊悬浊变得清亮透明，纤维由长变短、由粗变细，逐渐溶解，最
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声波辅助酸碱法提取芦苇纤维素的研究[J]. 辛民岳,梁列峰. 武汉纺织大学学报. 2019(06)
[2]再生纤维素膜行业的发展现状与趋势分析[J]. 中国造纸杂志社产业研究中心. 中国造纸. 2019(11)
[3]高吸附量纤维素膜的制备及其对Pb2+的吸附性能[J]. 贺娇娇,杨兴林,刘萌,王丽. 精细化工. 2020(02)
[4]菠萝叶纤维素膜对青枣和鲜切菠萝的保鲜效果研究[J]. 那广宁,纪海鹏,李航,吴涵溪,刘倍汐,陈存坤,张锐. 食品研究与开发. 2019(17)
[5]LiCl/DMAc溶解再生甘蔗渣的表征分析与酶解特性[J]. 尹文洁,齐高相,王建辉,申渝,龚明波. 可再生能源. 2019(08)
[6]木质素-木粉/高密度聚乙烯复合材料的制备及阻燃性能[J]. 杨鑫,李学敏,王奉强,王伟宏. 复合材料学报. 2020(03)
[7]非衍生化溶剂体系制备再生纤维素膜及其性能研究[J]. 王澌洁,李怡,李丹,吴忠旋,蒲俊文. 中国造纸学报. 2019(02)
[8]纤维素复合抗菌保鲜膜包覆对采后蓝莓的保鲜效果[J]. 张群利,崔琳琳,郑权,邬泽凯,丁云闪,覃懿琴,张佳俐,何美杉,陈钧浦. 食品工业科技. 2019(19)
[9]TEMPO氧化纤维素纳米纤丝对多壁碳纳米管分散性的影响[J]. 吴波,邵发宁,何文,李惠勉,杨阳. 复合材料学报. 2019(09)
[10]管材专用耐热聚乙烯的动态流变行为[J]. 王群涛,高凌雁,郭锐,王日辉,王雪梅,许平,石晶. 合成树脂及塑料. 2017(04)
硕士论文
[1]再生纤维素基复合薄膜的制备及阻隔性研究[D]. 谭温珍.西安理工大学 2019
[2]可降解纤维素基地膜的制备与性能研究[D]. 李辉.齐鲁工业大学 2019
[3]废旧黄板纸纤维在离子液体中的溶解行为及再生薄膜的制备和性能研究[D]. 徐铭梓.广西大学 2019
[4]纤维素基生物降解塑料的制备及其性能研究[D]. 韩宁宁.郑州大学 2019
[5]纤维素/碱尿素水溶液的制备与再生及其流动行为特征研究[D]. 马红燕.华南理工大学 2018
[6]纳米纤维素纤丝的改性及其应用研究[D]. 巩筱.江南大学 2018
[7]玉米秸秆纤维素膜的制备、结构表征及在茶叶包装中的应用[D]. 赵昊.安徽农业大学 2018
[8]基于纤维素溶解工艺调控的全纤维素复合材料制备[D]. 曹静.西南交通大学 2018
[9]纤维素膜微胶囊自修复技术研究[D]. 张路.东华大学 2018
[10]透明导电纤维素薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 杨海洋.福建农林大学 2017
本文编号：3217453
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