玉米秸稈皮纖維素纖維的制備及其結(jié)構(gòu)性能的研究

【摘要】：在生物基原料中農(nóng)作物秸稈資源豐富,秸稈資源的合理利用將促進(jìn)資源結(jié)構(gòu)調(diào)整,有效緩解不可再生能源持續(xù)消耗所帶來的能源危機(jī)。另外,纖維材料廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),促進(jìn)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,若能將秸稈資源與纖維材料有機(jī)結(jié)合,利用有效的技術(shù)手段深度開發(fā)利用其價(jià)值,將不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益更推動(dòng)著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的改革和發(fā)展。 19世紀(jì)再生纖維素纖維的提出為資源再生開辟了新的道路,在該領(lǐng)域中纖維素原料的選取和纖維素溶解體系的選擇是兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn),纖維素原料已涉及棉、木材、竹材、麻材、秸稈等,溶解體系的發(fā)展則更為快速和全面,從粘膠法等傳統(tǒng)的溶解體系發(fā)展至今已有NMMO、PF/DMSO體系、離子液體系、氫氧化鈉/尿素體系等一系列新溶劑體系。目前,國(guó)內(nèi)外已開發(fā)了多種秸稈再生纖維素纖維,而有關(guān)玉米秸稈纖維素漿粕為原料,采用濕法紡絲技術(shù)紡制玉米秸稈纖維素長(zhǎng)絲,至今鮮有報(bào)道。因此本論文針對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了探索性的研究。本論文選擇玉米秸稈皮制得的纖維素漿粕為原料,進(jìn)行了玉米秸稈皮纖維素長(zhǎng)絲的研制及其織造、染色性能的評(píng)價(jià)。 首先,本論文利用紅外光譜分析法、高溫灼燒法等手段測(cè)試分析了玉米秸稈皮纖維素原料的化學(xué)組成、α-纖維素含量、灰分、鐵含量、白度。結(jié)果表明原料主要成分是纖維素,同時(shí)含有少量木質(zhì)素,漿粕中α-纖維素的含量達(dá)94%,灰分含量為3.2%,鐵含量為32ppm,白度為88%。同時(shí),本論文采用PF/DMSO溶劑體系,對(duì)該漿粕在PF/DMSO溶劑體系中的溶解過程進(jìn)行了探究,首先在一定溫度和攪拌條件下對(duì)纖維素纖維進(jìn)行溶解,其次通過過濾器過濾處理,并常溫靜置24hr以得到紡絲溶液,最后通過光學(xué)顯微鏡直接觀察溶液狀態(tài)。 其次,本論文利用計(jì)算機(jī)控制粘度儀測(cè)試玉米秸稈皮纖維素溶液的流變性能,發(fā)現(xiàn)該溶液明顯表現(xiàn)切力變稀現(xiàn)象,隨著溶液溫度和所受剪切力的增大,溶液的非牛頓指數(shù)n下降,結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)△η減小,因此,根據(jù)流變性質(zhì)可得較合適的溫度范圍在65-70℃和剪切速率范圍在100-135s-1,流變性能的分析對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維紡絲工藝的探究具有指導(dǎo)意義。 最后,在上述研究基礎(chǔ)上,采用濕法紡絲技術(shù)紡制得到玉米秸稈皮纖維素纖維,并探討了紡絲工藝對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。本文主要通過改變?nèi)芤旱募徑z溫度、凝固浴的濃度、纖維牽伸比和紡絲帽孔數(shù),探究了紡絲工藝對(duì)纖維的影響,并利用XRD、SEM等手段進(jìn)行分析,表明在其他條件不變(紡絲液濃度為6.5wt%的玉米秸稈皮纖維素溶液,泵功量1.5mL/rad,紡絲速度為1.96m/min,凝固浴溫度為25℃,凝固浴組成為DMSO-H2O,第一水浴為35℃,第二水浴為40℃)的情況下,紡絲溫度為70℃,凝固浴濃度為15wt%,纖維拉伸倍數(shù)為1.35,紡絲帽孔數(shù)為50孔條件下得到的玉米秸稈皮纖維素纖維的力學(xué)性能和超分子結(jié)構(gòu)性能最佳。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈皮纖維素 纖維 紡絲工藝 結(jié)構(gòu) 性能
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ352;TQ340.64
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 前言11-25
• 1.1 概述11-12
• 1.2 再生纖維素纖維概況12-16
• 1.2.1 粘膠纖維12-14
• 1.2.2 Modal纖維14
• 1.2.3 Lyocell纖維14-15
• 1.2.4 再生竹纖維15
• 1.2.5 再生麻纖維15-16
• 1.3 再生纖維素纖維溶劑體系的發(fā)展16-22
• 1.3.1 傳統(tǒng)纖維素溶解體系16-19
• 1.3.1.1 粘膠法16-17
• 1.3.1.2 銅氨法17-18
• 1.3.1.3 醋酸法18-19
• 1.3.2 新溶劑體系19-22
• 1.3.2.1 NMMO體系19-20
• 1.3.2.2 PF/DMSO體系20-21
• 1.3.2.3 NaOH/尿素(硫脲)/水體系21
• 1.3.2.4 離子液體系21-22
• 1.4 玉米秸稈資源及利用現(xiàn)狀22-24
• 1.5 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)24
• 1.6 本論文研究的目的及意義24-25
• 第二章 玉米秸稈皮纖維素基本性質(zhì)及溶解性能的研究25-32
• 2.1 前言25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 2.2.1 原料和試劑25
• 2.2.2 紅外光譜分析25
• 2.2.3 α-纖維素含量的測(cè)定25-26
• 2.2.4 灰分的測(cè)定26
• 2.2.5 鐵含量的測(cè)定26
• 2.2.6 白度的測(cè)定26
• 2.2.7 玉米秸稈皮纖維素漿粕的溶解性能26-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-30
• 2.3.1 玉米秸稈皮纖維素原料的化學(xué)組成分析27-28
• 2.3.2 玉米秸稈皮纖維素原料中α-纖維素的含量28
• 2.3.3 玉米秸稈皮纖維素原料灰分含量分析28
• 2.3.4 玉米秸稈皮纖維素的鐵含量分析28-29
• 2.3.5 玉米秸稈皮纖維素的白度分析29
• 2.3.6 玉米秸稈皮纖維素原料溶解性能分析29-30
• 2.4 本章結(jié)論30-32
• 第三章 玉米秸稈皮纖維素/PF/DMSO溶液流變性能的研究32-41
• 3.1 前言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-33
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料32
• 3.2.2 玉米秸稈皮纖維素/PF/DMSO溶液的制備32
• 3.2.3 玉米秸稈皮纖維素/PF/DMSO溶液的流變性能測(cè)試32-33
• 3.3 結(jié)果與討論33-40
• 3.3.1 玉米秸稈皮纖維素原料的影響33-37
• 3.3.2 溫度的影響及選擇37-40
• 3.4 本章結(jié)論40-41
• 第四章 紡絲工藝對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維性能及結(jié)構(gòu)的影響41-59
• 4.1 前言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分41-44
• 4.2.1 原料41
• 4.2.2 玉米秸稈皮纖維素/PF/DMSO紡絲溶液的制備41
• 4.2.3 玉米秸稈皮纖維素纖維的制備41-42
• 4.2.4 玉米秸稈皮纖維素纖維力學(xué)性能的測(cè)試42-43
• 4.2.5 玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)晶與取向的測(cè)定43
• 4.2.6 雙折射率Δn的測(cè)定及非晶區(qū)取向因子的計(jì)算43-44
• 4.2.7 玉米秸稈皮纖維素纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究44
• 4.2.8 織造性能測(cè)試44
• 4.2.9 染色性能測(cè)試44
• 4.3 結(jié)果與討論44-58
• 4.3.1 紡絲工藝對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維力學(xué)性能的影響44-49
• 4.3.1.1 牽伸倍數(shù)對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維的影響44-45
• 4.3.1.2 紡絲溫度對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維的影響45-46
• 4.3.1.3 凝固浴濃度對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維的影響46-47
• 4.3.1.4 噴絲帽孔數(shù)對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維的影響47-49
• 4.3.2 紡絲工藝對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)構(gòu)的影響49-55
• 4.3.2.1 紡絲溫度對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)構(gòu)的影響49-50
• 4.3.2.2 凝固浴濃度對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)構(gòu)的影響50-52
• 4.3.2.3 纖維牽伸倍數(shù)對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)構(gòu)的影響52-53
• 4.3.2.4 噴絲帽孔數(shù)對(duì)玉米秸稈皮纖維素纖維結(jié)構(gòu)的影響53-55
• 4.3.3 玉米秸稈皮纖維素纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究55-56
• 4.3.4 織造性能評(píng)價(jià)56-57
• 4.3.5 染色性能評(píng)價(jià)57-58
• 4.4 本章總結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄65-66
• 致謝66

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