新溶剂体系中纤维素的溶解与再生研究

发布时间：2018-07-13 15:33

【摘要】：纤维素是自然界中含量最为丰富的生物质天然高分子,纤维素材料具有来源广泛、环境友好、可再生等诸多优点,可在纺织、服装、造纸、医药卫生、建材以及涂料等领域有着广泛应用。但是,由于纤维素中高密度的氢键作用,使其难以熔融和溶解,现有的纤维素溶剂主要有传统溶剂如铜氨溶液、铜乙二胺溶液、NaOH/CS2 等和新型溶剂包括:LiCl/DMAc、NMMO、NaOH/H2O、NaOH/urea/H20、离子液体等。传统溶剂由于其溶解稳定性和污染问题被逐渐淘汰,新型溶剂也存在溶解能力较低、溶剂价格高昂和回收利用技术限制等问题。因此,开发一种简单、快速、高效的纤维素新溶剂体系具有重要意义。本文以课题组前期的研究和所提出的基于氢键竞争与屏蔽机制溶解纤维素的思想为指导,开发出一种在室温下溶解纤维素的新型溶剂体系,可以直接高效的溶解天然纤维素获得稳定的纤维素溶液。主要研究内容包括:(1)通过在TBAH水溶液中引入一种共溶剂获得新溶剂体系-TBD,实现了纤维素在新溶剂体系中的非衍生化溶解。在室温下,聚合度为750的天然木浆纤维素溶解30 min即可获得8 wt%的澄清透明溶液。升高温度、延长时间、增加TBAH含量以及降低纤维素聚合度均可以提高纤维素溶液的浓度,最高可以得到12 wt%的纤维素溶液。对溶剂组分之间以及溶剂组分与纤维素之间的相互作用的分析得出,TBAH水溶液中的OH-与纤维素羟基竞争破坏纤维素自身氢键体系,共溶剂作为氢键屏蔽剂稳定被破坏的氢键,TBAH和共溶剂的共同作用使得纤维素快速有效的溶解在TBD溶剂体系中。(2)研究纤维素溶液的可控再生证实,在水和酸中再生时,纤维素溶液直接再生得到纤维素Ⅱ晶型,再生剂的极性对再生纤维素的结晶性有显著影响。在水中再生时,结晶度可达57%,在乙醇中直接再生得到非晶纤维素。纤维素溶液经凝胶化后再生可以获得纤维素Ⅲ晶型,在水蒸气、空气、二氧化碳和氯化氢气氛条件下均可以凝胶,在空气和二氧化碳中凝胶后用水再生时,在TBA+的杂化作用下得到纤维素Ⅲ晶型。(3)研究开发出一种新型的纤维素溶剂,可以在室温下快速高效的溶解纤维素获得均质稳定的纤维素溶液,通过对纤维素溶液再生的调控,可以得到不同结晶结构的再生纤维素包括:纤维素Ⅱ、纤维素Ⅲ和非晶纤维素。优良的溶解能力和简便的溶解工艺使得TBD溶剂体系在湿法纺丝、溶液制膜领域具有很好的应用前景。不同结晶结构的再生纤维素,具有不同的热性能和力学性能,具有丰富再生纤维素材料应用的潜力。
[Abstract]:A new solvent system for dissolving cellulose at room temperature has been developed . ( 2 ) To study the controllable regeneration of cellulose solution , cellulose II crystal form can be obtained directly from cellulose solution when regenerated in water and acid . The crystallinity of regenerated cellulose can reach 57 % when regenerated in water . The regenerated cellulose with different crystal structure can be obtained by the hybrid of water vapor , air , carbon dioxide and hydrogen chloride .
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O636.11

【参考文献】