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纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,具有可生物降解、生物相容性好、化学性能稳定等优点,以其为原料可制备不同类型的再生纤维素材料。然而纤维素结构中含有大量的分子间和分子内氢键,使其不能熔融,也很难溶解在常规溶剂中,这给纤维素的加工造成了很大困难。离子液体是近年来兴起的一类极具应用前景的纤维素绿色溶剂,它的出现为纤维素资源的广泛应用提供了一个新的途径。 本文以离子液体为溶剂,采用双螺杆挤出机制备了高浓度的纤维素溶液,研究了纤维素/离子液体浓溶液的流变性能和凝固成形,利用双螺杆挤出干湿法和溶液溶喷法制备了再生纤维素纤维及其非织造布。研究取得的主要结果如下: (1)以离子液体为溶剂,利用密炼机对纤维素进行动态溶解,根据溶解过程中体系扭矩随时间变化的关系确立了纤维素在离子液体中的完全溶解时间。通过正交实验发现溶解温度和溶液浓度对纤维素完全溶解时间的影响显著;利用双螺杆挤出机,通过逐步升温的方法制备了纤维素/离子液体浓溶液。 (2)流变性能测试表明在纤维素/离子液体溶液中,增比粘度对溶液浓度的依赖性与中性高分子/θ溶剂体系是一致的,运用Zimm模型和Rouse模型描述了纤维素在离子液体中的运动行为。纤维素/离子液体浓溶液是一种切力变稀流体,Cox-Merz法则和时温等效原理对该体系是适用的。随着溶液浓度的增加以及测试温度的降低,纤维素/离子液体浓溶液的零切粘度、第一法向应力差、弹性和粘性模量都增大。 (3)根据Fick定律和现有的扩散动力学方程,计算了纤维素溶液中的溶剂在凝固浴中的扩散系数,其值随着凝固浴温度的增加而增大,随凝固浴浓度增加,扩散系数先增大后减小;系统研究了凝固条件对初生纤维结构与性能的影响。 (4)通过双螺杆挤出干湿法制备了再生纤维素纤维,研究了溶液浓度、喷丝头温度、空气层距离等条件对纤维形貌和性能的影响,采用响应面优化法研究了纤维素浓度为20wt%的纺丝溶液中各因素对纤维强度的影响,得到最佳纺丝参数为:喷丝头温度142.41℃,计量泵转速29.96r/min,空气层距离21.54cm。 (5)通过溶液溶喷法制备了纤维素纳微纤维非织造布,探讨了纺丝条件对非织造布性能的影响,结果表明:纺丝溶液浓度增大,纺丝温度降低,非织造布中纤维的平均直径增大,随着热空气压力的增大,非织造布中纤维平均直径减小,卷曲度降低、分布规整。