再生纤维素基复合膜的制备与性能研究

发布时间：2017-08-27 12:00

  本文关键词：再生纤维素基复合膜的制备与性能研究

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【摘要】：纤维素作为自然界中储量最为丰富的天然高分子化合物,具有可再生、可生物降解、生物相容性好等优点,然而纤维素溶解再生后制得的再生纤维素膜在性能方面还存在一定的缺陷,因此,研究和开发具有优良特性的新型再生纤维素基复合膜势在必行。本论文用NaOH/尿素/水为溶剂溶解棉短绒,通过三种不同的方法,原位沉淀、溶液共混和溶液浸入来制备再生纤维素-碳酸钙、聚乙烯醇复合膜,通过一系列表征手段,扫描电子显微镜,透光率测试,热重分析,傅里叶变换红外光谱分析,X射线衍射分析,机械性能测试,透气性测试等对复合膜的结构及性能进行研究。研究结果表明,制备而来的复合材料在热稳定性,机械性能,气体阻隔性能等方面较再生纤维素膜有所改善和提升。论文主要分为以下三个部分:(1)利用再生纤维素膜为模板,采用原位沉淀的方法制备再生纤维素-碳酸钙复合膜,接着对复合膜的性能进行表征,扫描电镜和X射线衍射分析结果表明,碳酸钙粒子能够在复合膜中成功生成,傅里叶红外光谱分析表明再生纤维素与碳酸钙之间存在着作用力极强的氢键,热重分析和机械性能分析结果显示,当CaCl_2和Na_2CO_3溶液浓度小于0.8M时,复合膜的热稳定性和机械性能随着溶液浓度的增大而增强,0.8M时达到最优,高于0.8M复合膜的性能则会变差,这可能是由于大量的碳酸钙在复合膜中发生了团聚。由此可以看出,0.8M是本实验条件下的最优浓度,此时,复合膜的综合性能达到最佳。原位沉淀法简单易行,为纤维素复合材料的制备提供了一种很好的途径。(2)将相同浓度的纤维素溶液和聚乙烯醇溶液进行共混,然后用流延成膜法制得再生纤维素-聚乙烯醇复合膜。傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射分析结果表明,再生纤维素和聚乙烯醇之间只是发生了简单的物理共混,两者之间形成的氢键作用力破坏了再生纤维素的结晶化,导致其结晶度下降。热稳定性能分析表明,一定量聚乙烯醇的加入可以改善再生纤维素膜的热稳定性,从复合膜的机械性能分析可知,当复合膜中纤维素与聚乙烯醇质量比为92:8时,复合膜的拉伸强度以及杨氏模量均达到实验的最优值,综合力学性能得到改善,此时,复合膜的氧气透过系数也达到最小值。由此可以说明,一定浓度范围内添加聚乙烯醇可以改善再生纤维素膜的热稳定性,机械强度以及氧气阻隔性能。(3)将制得的再生纤维素膜浸泡到聚乙烯醇溶液中,制备出再生纤维素-聚乙烯醇复合膜。透光率分析表明该复合膜具有优异的光学透明性,傅里叶红外光谱和X射线衍射分析表明,再生纤维素和聚乙烯醇之间存在相互作用的氢键,同时,通过机械性能和氧气阻隔性能分析结果也可以看出,当聚乙烯醇溶液浓度为5%时,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率以及氧气阻隔性能均得到显著提升,其中,拉伸强度和断裂伸长率分别比再生纤维素膜的提升了27.94%和23.98%,透气系数较再生纤维素降低了72%。该实验结果预示着这种具有高透明度,良好机械特性和氧气阻隔性能的复合膜在作为食品包装膜等包装材料方面具有巨大的潜能。
【关键词】：再生纤维素膜 碳酸钙 聚乙烯醇 机械性能 氧气透气系数
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 研究背景12
• 1.2 纤维素简介12-14
• 1.3 纤维素溶剂研究现状14-18
• 1.3.1 黏胶法14
• 1.3.2 铜氨溶液14-15
• 1.3.3 N-甲基吗啉-N-氧化物/水（NMMO/H_2O）溶剂体系15
• 1.3.4 氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）溶剂体系15-16
• 1.3.5 多聚甲醛/二甲基亚砜（PF/DMSO）溶剂体系16
• 1.3.6 离子液体16-17
• 1.3.7 高浓度无机盐溶液体系17
• 1.3.8 碱/尿素或硫脲/水溶剂体系17-18
• 1.4 碳酸钙和聚乙烯醇的性能和应用18-20
• 1.4.1 碳酸钙的性能与应用18-19
• 1.4.2 聚乙烯醇的性能与应用19-20
• 1.5 再生纤维素膜及复合膜的国内外研究进展20-24
• 1.5.1 再生纤维素膜20-21
• 1.5.2 再生纤维素复合膜21-24
• 1.6 本论文研究的目的、意义及内容24-25
• 1.7 本论文主要创新点25
• 1.8 研究路线25-26
• 第二章 原位沉淀法制备再生纤维素-CaCO_3复合膜及其性能表征26-42
• 2.1 引言26-27
• 2.2 材料与方法27-29
• 2.2.1 主要试剂27
• 2.2.2 实验仪器与设备27-28
• 2.2.3 实验步骤28-29
• 2.3 表征29-31
• 2.3.1 扫描电镜（SEM）测试29
• 2.3.2 透光率测试29
• 2.3.3 热重分析29-30
• 2.3.4 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）测试30
• 2.3.5 X射线衍射（XRD）测试30
• 2.3.6 机械性能测试30-31
• 2.4 结果与讨论31-39
• 2.4.1 扫描电镜测试31-33
• 2.4.2 透光性测试33-34
• 2.4.3 热稳定性测试34-35
• 2.4.4 红外光谱测试35-36
• 2.4.5 X射线衍射测试36-38
• 2.4.6 机械性能测试38-39
• 2.5 本章小结39-42
• 第三章 溶液共混法制备再生纤维素-PVA复合膜及其性能表征42-54
• 3.1 前言42
• 3.2 材料与方法42-45
• 3.2.1 主要试剂42-43
• 3.2.2 实验仪器与设备43-44
• 3.2.3 实验步骤44-45
• 3.3 测试与表征45-46
• 3.3.1 X射线衍射测试45
• 3.3.2 透气性测试45-46
• 3.4 结果与讨论46-52
• 3.4.1 扫描电镜测试46-47
• 3.4.2 透光性测试47-48
• 3.4.3 热稳定性测试48-49
• 3.4.4 红外光谱测试49-50
• 3.4.5 X射线衍射测试50
• 3.4.6 机械性能测试50-52
• 3.4.7 透气性测试52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 溶液浸入法制备再生纤维素-PVA复合膜及其性能表征54-66
• 4.1 前言54-55
• 4.2 材料与方法55-56
• 4.2.1 主要试剂55
• 4.2.2 实验仪器与设备55
• 4.2.3 实验步骤55-56
• 4.3 测试与表征56
• 4.4 结果与讨论56-63
• 4.4.1 扫描电镜测试56-57
• 4.4.2 透光性测试57-58
• 4.4.3 热稳定性测试58-59
• 4.4.4 红外光谱测试59-60
• 4.4.5 X射线衍射测试60-61
• 4.4.6 机械性能测试61-62
• 4.4.7 透气性测试62-63
• 4.5 三种不同复合膜性能比较63-64
• 4.6 三种复合膜与实际应用的包装膜性能比较64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-75
• 致谢75-76
• 在学期间发表的学术论文76

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