纤维素浆粕性质对其在NMMO溶液中的溶胀性能的影响

将4种聚合度及α-纤维素含量不同的纤维素浆粕在85℃下分别溶解于质量分数为74%,78%,80%的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶液中,研究了纤维素浆粕性质对其在NMMO溶液中的溶胀性能的影响。结果表明:纤维素浆粕的结晶度越高、聚合度越大、α-纤维素含量越高,溶胀效果越差;在相同实验条件下,浆粕的疏松性对其溶胀效果影响很大,浆粕越疏松,其溶胀效果越好;溶胀过程不会改变纤维素的晶型,但会使纤维素结晶度有所下降;聚合度适中、结晶度较低,疏松的纤维素浆粕适宜作为Lyocell纤维的原料。     

纤维素性质对纤维素溶液可纺性以及纤维性能的影响?

采用热台偏光显微镜跟踪观察了不同纤维素浆粕在N-甲基吗啉-N-氧化物一水合物(NMMO·H_2O)中的溶解过程,并利用哈克旋转流变仪分析了其溶液的流变性能。研究结果发现:纤维素的聚合度越高,温度对纤维素的溶解过程影响越大;相同纤维素浓度下,随着纤维素的聚合度的增加,溶液的结构粘度指数(△_η)、粘流活化能(E_η)以及弹性增大,即溶液可纺性下降,粘度对温度更加敏感。在此基础上,进一步探讨了纤维素性质对纤维性能的影响,结果表明Lyocell纤维的力学性能随纤维素聚合度以及纺丝液浓度的提高而提高,可纺浓度随聚合度的提高而下降。     

棉纤维在NMMO溶液中的溶胀与溶解

用不同质量分数的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶液,在不同的温度和时间条件下,探究棉纤维的溶胀和溶解情况,并利用X射线衍射和红外光谱对纤维素溶胀前后的结构变化进行表征。结果表明:NMMO质量分数低于80%时,棉纤维只溶胀不溶解;在质量分数分别为83%、85%、87%的NMMO溶液中,棉纤维出现溶解现象;随着NMMO质量分数的增大、温度的升高、时间的延长,棉纤维的溶胀程度不断增加。在质量分数为83%的NMMO溶液中,棉纤维先溶胀后溶解;在质量分数为87%的NMMO溶液中,棉纤维不溶胀直接溶解;在质量分数为85%的NMMO溶液中,棉纤维的溶解存在先溶胀后溶解和直接溶解两种形式。质量分数为80%以下的NMMO水溶液处理后的棉纤维,结晶结构和化学结构均没有变化。     

聚乙烯醇/再生纤维素纳米纤维膜的制备

采用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)对废旧涤棉织物中的棉纤维进行溶解回收,通过正交试验优化溶解工艺条件,并利用静电纺丝技术制备聚乙烯醇(PVA)/再生纤维素纳米纤维膜。试验发现影响棉纤维溶解效果的主次因素关系为:溶解温度NMMO的质量分数二甲基亚砜(DMSO)溶胀时间溶质(棉纤维)与溶剂(NMMO水溶液)质量比。溶解的最优条件是:反应温度95℃,NMMO的质量分数为87%,DMSO溶胀90 min,溶质与溶剂质量比为3∶100。此时用扫描电镜观察到PVA/再生纤维素纳米纤维膜中纳米的直径比较均匀。     

木浆纤维素/NMMO·H_2O溶液的流变性能研究

以含水率13.7%的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂溶解木浆纤维素形成溶液,采用红外光谱分析仪对木浆纤维素的溶解过程进行表征,并采用黏度计研究了木浆纤维素/NMMO·H2O溶液的流变性能。结果表明:木浆纤维素在NMMO中先溶胀后溶解,且可完全溶解;木浆纤维素/NMMO·H2O溶液的流动呈现切力变稀的假塑性流体特征;木浆纤维素质量分数为6%时,溶液的非牛顿流动特征明显,溶液的表观黏度(ηa)随木浆纤维素浓度的增加明显增加,随剪切速率(γ)及温度的上升而下降,当γ高于一定值即logγ大于1.3时,溶液的ηa不受温度的影响,只随γ的上升而下降,且剪切应力不随γ变化而变化,为恒定值。     

纤维素/NMMO水合物溶液体系的相转变

纤维素在NMMO水合物中的溶解情况对纤维素/NMMO水合物溶液体系的相转变行为具有深刻的影响,在溶解过程中加入抗氧化剂没食子酸正丙酯(PG,0.5wt%的纤维素),可以获得重复性很好的相转变结果。高分子质量的纤维素溶液在低温度时存在从各向异性到各向同性的相转变。对纤维素/NMMO水合物(水合度n=0.65)溶液体系的流变分析表明:纤维素重均聚合度(DPW)为600、694和940,温度范围112~127.5℃、105~125℃和105~120℃,浓度范围15~20wt%、15~21wt%和15~21wt%内的溶液体系存在相转变,这个结果也在光学显微镜下得到了证实。先前的研究在85~92℃温度范围观察到的相转变可能是由于溶液体系中存在未熔化的NMMO水合物晶体而导致的相关实验误差,未熔化NMMO水合物晶体的存在通过热表征得到了证实。     

竹纤维素/NMMO·H_2O溶液流变性能的研究

采用HAAKE RS150L型旋转流变仪对竹纤维素/NMMO.H2O溶液的流变性能进行了研究。结果表明,竹纤维素/NMMO.H2O溶液为切力变稀流体;随着竹浆粕平均聚合度的增大,溶液的非牛顿指数n减小,而溶液表观黏度η、稠度系数K、黏流活化能Eη和结构黏度指数Δη增加;随着温度的升高,溶液的表观黏度下降,非牛顿指数增大;碱处理竹纤维素/NMMO.H2O溶液的流变性能受竹纤维素原料的聚合度、α-纤维素含量(或半纤维素含量)及杂质含量等因素的综合影响。     

纤维素/NMMO溶液及其薄膜的制备与性能研究

以水质量分数为13.3%的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂溶解棉浆粕,制备质量分数为5%～11%的纤维素/NMMO溶液。将所得溶液制备纤维素薄膜,考察了纤维素/NMMO溶液的稳定性,研究了凝固浴温度和组成对纤维素薄膜的成膜性、断面形态及力学性能的影响。结果表明:纤维素/NMMO溶液随着浓度增大,其粘度先增大后减小,再急剧上升;纤维素/NMMO溶液在玻璃介质中稳定性较好,微量Cu~(2+),Fe~(3+)等杂质存在时,其稳定性显著下降;纤维素薄膜随凝固浴温度升高,其透明性、拉伸强度和断裂伸长率均下降;相对于水,含有乙醇和NMMO的凝固浴能减缓双扩散的速度,使纤维素薄膜的拉伸强度略有提高,断裂伸长率出现不同程度下降。     

溶解纤维素的溶剂体系研究进展

介绍了溶解纤维素的有机溶剂体系和水溶剂体系,比较了各种溶剂的溶解机理和特点,重点阐述了N-甲基氧化吗啉(NMMO)和以碱金属氢氧化物为基础的溶剂体系,并简单介绍纤维素溶液的利用。     

竹纤维素在NMMO中溶解再生前后的结构研究

以竹浆粕为原料、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂,利用傅里叶红外光谱、X射线衍射、热重分析等着重研究了竹纤维素在NMMO中溶解前后结构的变化。研究发现:NMMO溶解纤维素过程属于物理过程,未发生衍生化反应,竹纤维素溶解后聚合度较溶解前有所降低,晶型由纤维素Ⅰ变成了纤维素Ⅱ;热重分析表明纤维素再生前后都具有较好的热稳定性。     

Effect of coagulation conditions on fine structure of regenerated cellulosic films made from cellulose/N-methylmorpholine-N-oxide/H2O systems

The important properties of cellulosic fibers in the conditioned state are mainly influenced by fine structure. In particular, the development of new methods of spinning regenerated cellulosic fibers made from a cellulose/N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO)/H₂O system require a better understanding of their fine structures in order to explain their special physical properties. The regenerated cellulosic films were made from cellulose/NMMO/H₂O according to the degree of polymerization and solution concentration (wt %) of cellulose and the concentration (wt %) of NMMO in the coagulation bath. The quantification of crystal content was carried out by the resolution of the wide angle X-ray diffraction intensity distribution on the assumption that all diffracted intensities take the form of a symmetrical Gaussian distribution centering at its Bragg angle. The X-ray diffraction patterns resolved into individual integral intensities showed that the polymorphic structure mixed with part cellulose III and II was obtained for only coagulated cellulose films. The degree of crystallinity and apparent crystalline size of regenerated cellulosic films depended on the degree of polymerization, the solution concentration of cellulose, and the concentration of NMMO. The diameter of the microfibril decreased with an increase in the concentration of NMMO. © 1999 John Wiley & Sons, Inc. J Appl Polym Sci 73: 2681–2690, 1999     

新型碳纤维用原丝——高强高模Lyocell纤维纺丝工艺研究

采用天然高相对分子质量纤维素脱脂棉为原料 ,制备了高强高模纤维素纤维 ( L yocell纤维 ) ,并用此作为碳纤维原丝 ,成功制得了强度优于粘胶基碳纤维的 L yocell基碳纤维。考察了高相对分子质量纤维素的溶解特点 ,纺丝工艺对 L yocell纤维聚集态及性能的影响 ,比较了 L yocell纤维和粘胶原丝的表面及截面形态。实验表明 :高相对分子质量纤维素溶解的静溶胀时间和温度对其溶解有明显的影响 ;纺丝过程中 ,大的气隙长度对提高纤维的性能有利 ;随着凝固浴中 N -甲基吗啉 N -氧化物( NMMO )的浓度增加 ,纤维的强度和模量增加 ,当其在凝固浴中的质量分数达到 10 %时 ,强度模量最大 ,浓度继续增加 ,纤维的力学性能开始下降 ;拉伸比增加 ,L yocell纤维的强度模量增加 ,当拉伸比大于 3.0时 ,纤维的性能略有下降     

NMMO法球形纤维素珠体的制备及粒径分布的研究

以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和马尾松漂白硫酸盐浆为原料,制备出纤维素/NMMO/H2O溶液,并以纤维素/NMMO/H2O溶液为原料,采用程序降温反相悬浮技术制备球形纤维素珠体,通过单因素实验和正交实验确定成球优化条件为:纤维素/NMMO/H2O溶液的纤维素质量分数为8.0%,含水率为15.8%,以变压器油为分散相,油∶溶液(V/V)=4∶1,Span80作为分散剂,用量为纤维素/NMMO/H2O溶液的1.5%,搅拌速度为300 r/min。在上述条件下可制得粒径分布在0.45～0.20 mm占70.0%以上的球形纤维素珠体。     

Structural changes of regenerated cellulose dissolved in FeTNa,NaOH/thiourea,and NMMO systems

Regenerated cellulose was prepared from microcrystalline cellulose (MCC) via dissolution in three well‐known nonderivatizing systems: ferric chloride/sodium tartarate/sodium hydroxide (FeTNa), sodium hydroxide/thiourea (NaOH/thiourea), and N‐methylmorpholine‐N‐oxide (NMMO) systems. The effect of regeneration using the different systems on the supramolecular structure of the regenerated celluloses was studied using X‐ray diffraction and Fourier transform infrared (FTIR). The effect of regeneration on supermolecular structure, morphology, and thermal stability of regenerated celluloses were studied using scanning electron microscopy (SEM) and thermogravimetric analysis (TGA). The effect of regeneration systems used on the chemical reactivity of cellulose toward carboxymethylation, acetylation, and cyanoethylation reactions was briefly studied. The results showed dependence of all the aforementioned properties on the dissolution reagent used in spite of that all studied reagents cause the same change in cellulose crystalline structure (from cellulose I to cellulose II). The degree of polymerization, crystallinity, and thermal stability of the regenerated cellulose (RC) samples were in the following order: NaOH/thiourea RC > FeTNa RC > NMMO RC. SEM micrograph showed unique surface for the NMMO RC sample. The reactivity of the different regenerated cellulose samples toward carboxymethylation, cyanoethylation, and acetylation depended mainly on the reaction system and conditions used rather than on crystallinity of regenerated cellulose. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

PPG2000为连续相的球形纤维素珠体绿色工艺制备及其性能检测

以NMMO/水/纤维素溶液作为原料,采用反相悬浮分散技术,制备出球形纤维素珠体。以纤维素珠体粒径在38～150μm所占比重为标准,通过单因素实验确定了溶液中纤维素的最佳含量为6%、最佳连续相为聚丙二醇2000(PPG2000)、最佳表面活性剂为吐温80;通过正交实验优化了分散剂的用量、搅拌速度、连续相与非连续相的体积比、反应温度和反应时间等影响因素,最终确定这些影响因素的最佳值分别为2.5%、400 r/min、V(连续相):V(非连续相)=4:1、105℃、2h。通过测定,该珠体的晶型为纤维素Ⅱ,结晶度为58.37%,比表面积为577.10m~2,平均孔径为28nm,孔容为4.18mL/g,耐压极限为1.0MPa左右。     

纤维素在NMMO水溶液中的溶胀行为研究

通过离心分离法表征纤维素在N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中的溶胀行为,研究了NMMO浓度、温度对纤维素浆粕溶胀的影响;用显微镜追踪拍摄纤维素的溶胀过程,测定纤维的溶胀率,验证了离心分离法的可行性。结果表明:随着NMMO浓度、溶胀温度的升高,纤维素溶胀率增大,溶胀效果变好;纤维素在NMMO水溶液中的最佳溶胀条件为NMMO质量分数78%、温度75℃,溶胀时间40 min。     

纤维素溶解体系的研究进展

综述了纤维素无机溶剂及有机溶剂的研究进展,分析比较了各溶剂体系的优缺点。其中有机溶剂中离子液体和N-甲基氧化吗啉的溶解能力最强,无机溶剂中碱/尿素或硫脲/水体系的溶解能力最强。但纤维素在各个溶解体系中都有一定程度的降解。     

纤维素在NMMO水溶液中的溶胀过程及影响因素分析

采用显微镜观察和离心表征的方法,通过控制单一因素变量探讨溶胀时间、溶胀温度、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶液质量分数等对纤维素在NMMO水溶液中溶胀行为的影响。显微镜观察的结果表明:在溶胀初期,溶剂迅速渗透到纤维素中使单纤维直径变大,20 min后纤维素溶胀接近饱和,纤维直径基本不再变化;随着NMMO质量分数的增加、溶胀温度的升高,纤维素纤维的溶胀率以及吸液率增加,表明纤维素溶胀效果更好。     

NMMO法制备的球形纤维素珠体的性能研究

对N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)制备的球形纤维素的物化性能进行研究,检测了球形纤维素珠体的含水率、粒径分布、耐酸碱能力,结晶结构,比表面积。结果表明,该法制备的球形纤维素珠体的含水率为74.0%,粒径主要分布在0.20～0.45mm,球形度好、比表面积大(190.5m2/g),耐酸碱度高。此外,利用NMMO法制备的球形纤维素珠体主要为纤维素(Ⅱ)结晶变体。