固液相法纤维素氨基甲酸酯及其再生纤维素膜制备与表征

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:boluoxj
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纤维素被认为是目前为止最有潜力替代化石能源的天然高分子;广泛应用于食品、能源、材料等行业。纤维素内部存在发达的氢键网络,使得纤维素很难被溶解和熔融,使纤维素在加工和应用方面受到了限制。为了能够使纤维素溶解在一般溶剂中,并探索出一条低成本、绿色、环保的工艺路线;本研究中,使用廉价、高沸点、非质子、极性溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)为介质,以纤维素和尿素为原料,通过酯化反应制备了纤维素氨基甲酸酯(CC),采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X-射线衍射仪(XRD)、13C-核磁共振仪(13C-NMR)、热重分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜等仪器对产物进行性能表征;对CC的制备条件、溶解性能、CC溶液的流变性能以及其再生膜的性能进行了研究。FTIR和13C-NMR测试表明,在DMAC体系中,成功合成了 CC;在该体系中,制备CC的最佳条件为:反应温度为160℃,反应时间为6h,碱纤维素、尿素和DMAC的最佳质量比为1:4:16。XRD测试结果表明,在DMAC体系中酯化前后,纤维素的晶型没有发生变化,结晶度略有降低;通过稀H2SO4凝固浴再生后得到的纤维素再生膜,膜的晶型和碱纤维素的晶型一样属于纤维素Ⅱ晶型结构,而再生膜的结晶度有所降低。TG测试表明,酯化后纤维素的热稳定性略有降低;再生过程中,纤维素再生膜的结晶度有所降低,由于再生膜中存在的金属阳离子Na+能够催化氧化纤维素,使得纤维素再生膜的热稳定降低。流变测试表明,CC溶液为假塑性流体,随着温度的升高,溶液的粘度先降低再升高;在相同的剪切速率下,CC质量分数越高的溶液,其粘度越大,凝胶温度越低,溶液越不稳定。SEM测试结果表明,在DMAC的作用下,通过纤维素酯化反应,纤维素表面的结构遭到破坏,表面裂纹增加,变得粗糙,略有剥落。对于纤维素再生膜,用质量分数越低的稀H2SO4凝固浴制备的纤维素再生膜,其表面更加粗糙,表面孔更多,用质量分数越高的稀H2SO4凝固浴制备的纤维素再生膜,其表面更加致密。纤维素再生膜的过滤性能测试表明,膜的纯水通量随着压力的增加而增加,随着凝固浴中H2SO4的质量分数的增加而降低。用质量分数为5%的稀H2SO4凝固浴制备的纤维素再生膜对亚甲基蓝的截留率高达97.5%。因而纤维素再生膜在印染废水处理方面有很好的应用前景。
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