玉米秸秆皮纤维素纤维的制备及其结构性能的研究

【摘要】在生物基原料中农作物秸秆资源丰富,秸秆资源的合理利用将促进资源结构调整,有效缓解不可再生能源持续消耗所带来的能源危机。另外,纤维材料广泛用于工农业生产,促进着社会经济的快速发展,若能将秸秆资源与纤维材料有机结合,利用有效的技术手段深度开发利用其价值,将不仅产生经济效益更推动着相关产业的改革和发展。19世纪再生纤维素纤维的提出为资源再生开辟了新的道路,在该领域中纤维素原料的选取和纤维素溶解体系的选择是两个关键的技术要点,纤维素原料已涉及棉、木材、竹材、麻材、秸秆等,溶解体系的发展则更为快速和全面,从粘胶法等传统的溶解体系发展至今已有NMMO、PF/DMSO体系、离子液体系、氢氧化钠/尿素体系等一系列新溶剂体系。目前,国内外已开发了多种秸秆再生纤维素纤维,而有关玉米秸秆纤维素浆粕为原料,采用湿法纺丝技术纺制玉米秸秆纤维素长丝,至今鲜有报道。因此本论文针对该领域进行了探索性的研究。本论文选择玉米秸秆皮制得的纤维素浆粕为原料,进行了玉米秸秆皮纤维素长丝的研制及其织造、染色性能的评价。首先,本论文利用红外光谱分析法、高温灼烧法等手段测试分析了玉米秸秆皮纤维素原料的化学组成、α-纤维素含量、灰分、铁含量、白度。结果表明原料主要成分是纤维素,同时含有少量木质素,浆粕中α-纤维素的含量达94%,灰分含量为3.2%,铁含量为32ppm,白度为88%。同时,本论文采用PF/DMSO溶剂体系,对该浆粕在PF/DMSO溶剂体系中的溶解过程进行了探究,首先在一定温度和搅拌条件下对纤维素纤维进行溶解,其次通过过滤器过滤处理,并常温静置24hr以得到纺丝溶液,最后通过光学显微镜直接观察溶液状态。其次,本论文利用计算机控制粘度仪测试玉米秸秆皮纤维素溶液的流变性能,发现该溶液明显表现切力变稀现象,随着溶液温度和所受剪切力的增大,溶液的非牛顿指数n下降,结构粘度指数△η减小,因此,根据流变性质可得较合适的温度范围在65-70℃和剪切速率范围在100-135s-1,流变性能的分析对玉米秸秆皮纤维素纤维纺丝工艺的探究具有指导意义。最后,在上述研究基础上,采用湿法纺丝技术纺制得到玉米秸秆皮纤维素纤维,并探讨了纺丝工艺对玉米秸秆皮纤维素纤维结构和性能的影响。本文主要通过改变溶液的纺丝温度、凝固浴的浓度、纤维牵伸比和纺丝帽孔数,探究了纺丝工艺对纤维的影响,并利用XRD、SEM等手段进行分析,表明在其他条件不变(纺丝液浓度为6.5wt%的玉米秸秆皮纤维素溶液,泵功量1.5mL/rad,纺丝速度为1.96m/min,凝固浴温度为25℃,凝固浴组成为DMSO-H2O,第一水浴为35℃,第二水浴为40℃)的情况下,纺丝温度为70℃,凝固浴浓度为15wt%,纤维拉伸倍数为1.35,纺丝帽孔数为50孔条件下得到的玉米秸秆皮纤维素纤维的力学性能和超分子结构性能最佳。
【作者】唐敏；
【导师】陈龙；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】玉米秸秆皮纤维素；纤维；纺丝工艺；结构；性能；

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