离子液体法纤维素海绵的制备_成孔剂用量的影响_张慧慧
第26卷第12期 2010年12月
高分子材料科学与工程
POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING
Vol.26,No.12
Dec.2010
离子液体法纤维素海绵的制备
)))(Ñ)成孔剂用量的影响
张慧慧,夏 磊,蔡 涛,邵惠丽,胡学超
(纤维材料改性国家重点实验室,东华大学材料科学与工程学院,上海201620)
摘要:采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)为溶剂、无水硫酸钠为成孔剂、脱脂棉为增强纤维,以棉浆为原料,对离子液体法纤维素海绵的制备进行了初步研究,探讨了成孔剂用量对纤维素海绵的吸水性、保湿性、拉伸强度、染色性能以及形态结构的影响。研究结果表明,随成孔剂用量的增加,纤维素海绵所成的孔洞也越多,海绵的吸水性和保湿性明显提高,其染色性能也随之提高,但纤维素海绵的拉伸强度则逐渐降低。关键词:纤维素;离子液体;海绵,成孔剂
中图分类号:TQ352 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2010)12-0114-04
纤维素海绵具有亲水性好、吸水速度快、吸污能力强、废弃物易生物降解等优点,应用范围广泛[1]。纤维素海绵最早是利用纤维素衍生物水解法来制备的,但这些方法存在流程长、生产周期长、成本高、浪费化学试剂等缺点[2]。因此,近年来许多研究者开始采用纤维素的直接溶剂,如强碱体系、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)体系等将纤维素直接溶解制备纤维素海绵。但是强碱只能溶解低聚合度的纤维素,从而影响到海绵成品的性能[3]。而NMMO法制备纤维素海绵虽然工艺较简单,不污染环境,但其溶解纤维素的范围较窄,溶解条件比较苛刻[4,5]。近年来,一种新型的绿色溶剂)))离子液体作为纤维素的直接溶剂体系已经引起世界各国的高度重视,这为天然纤维素的开发利用开辟了一条新的道路性。1 实验部分1.1 实验原料
离子液体:1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl),纯度99%,上海成捷化学有限公司;成孔剂:无水硫酸钠(Na2SO4),国药集团化学试剂有限公司;纤维素浆粕:棉浆,聚合度(DP)=686.1,A纤维素含量为
[6]
95.5%,保定棉浆厂;增强纤维:脱脂棉,国营上海红旗药棉厂制造;染化料助剂:CIBA蓝FN-R、Na2SO4(分析纯)、Na2CO3(分析纯)。1.2 实验步骤
1.2.1 备料:将棉浆粕打碎,烘干,备用。将脱脂棉
剪碎到0.5cm~1cm宽,烘干,备用。将成孔剂无水硫酸钠在90e预热备用。
1.2.2 制备纤维素混合体:按一定的比例称量一定量的浆粕和脱脂棉,加入到离子液体中,在100e抽真空搅拌溶解30min,至形成粘团后,加入己称量好的预热过的无水硫酸钠,继续搅拌形成纤维素混合体。1.2.3 成型:将纤维素混合体注入模具中,成型,然后将其放入水中,50e放置2d以脱模并去除成孔剂。1.2.4 干燥:将成型后的纤维混合体采用低温冷冻干燥的方法进行干燥,即将已成型的纤维素混合体放入-15e的MDF-192型超低温冰柜(SANYOElec-tricBiomedicalCo,.Ltd)中冷冻20h~30h,然后放入DLG-6型真空冷冻干燥机(上海市离心机械研究所)中干燥7h~9h,干燥完毕后取出待用。
1.3 纤维素海绵的结构与性能测试
1.3.1 吸水率与相对保湿性的测定:将所制海绵剪成2cm@2cm的样品,精确称定(W1),浸入含去离子水的容器中,室温静置至吸水达饱和,取出后用滤纸吸
。因此,以离子液体为溶
剂,采用直接溶解法生产纤维素海绵具有良好的可行
收稿日期:2009-10-24
基金项目:高等学校学科创新引智计划培育资助项目(111-2-04)通讯联系人:张慧慧,主要从事纤维素制品的研究, E-mail:[email protected]
第12期张慧慧等:离子液体法纤维素海绵的制备)))(Ñ)成孔剂用量的影响115
去表面水分,精确称定(W2),计算吸水率:Q=(W2-W1)/W1。然后,将其以500r/min的转速离心3min,精确称定(W3),计算保湿性:RH=(W1-W3)/W1。
1.3.2 拉伸强度的测定:采用WDW电子万能材料试验机(上海华龙测试仪器厂)测定所制得的纤维素海绵的拉伸强度。纤维素海绵夹持长度为10cm,拉伸速率为50mm/min。每一种纤维素海绵样品重复测定3次,取平均值。
1.3.3 染色性能的测试:选用活性染料Cibacron蓝FN-R(CIBA)进行染色实验。染料用量为3%,Na2SO4浓度为60g/L,Na2CO3浓度为10g/L,浴比为1B50,具体染色工艺参见文献[7]。采用UV-3000紫外分光光度仪测量染液、皂液及其残液的吸光度值,并计算吸色率和固色率。
1.3.4 形态结构的分析:采用JSM-5600LV型扫描电子显微镜(日本电子株式会社)观察纤维素海绵的表面和截面结构。
2 结果与讨论
本文在纤维素含量(棉浆与脱脂棉之和)为5%、脱脂棉/棉浆比例为3/4的条件下,制备了成孔剂与纤维素/离子液体配比分别为3B1、4B1、5B1和6B1的纤维素海绵,并且研究了成孔剂用量对纤维素海绵结构
与性能的影响。
氢键的几率,提高了纤维素海绵的吸水能力和相对保湿率。
Fig.2 Theeffectoftheamountoftheporeformingagentonthe
relativemoistureretentionrateofcellulosesponge
Fig.3 Theeffectoftheamountoftheporeformingagentonthe
tensilestrengthofcellulosesponge
2.2 成孔剂用量对纤维素海绵拉伸强度的影响
Fig.3是成孔剂用量与纤维素海绵的拉伸强度的关系图。可以看出,随成孔剂用量的增加,纤维素海绵的拉伸强度降低。主要原因是成孔剂用量的增加,加大了纤维素海绵中纤维间的距离,减少了纤维间形成氢键的数目,降低了纤维间相互作用力,使纤维素海绵的拉伸强度变差。同时成孔剂用量越多,所得纤维素海绵的体积越大,在加入纤维量一定的条件下,所得纤维素海绵密度越小,单位体积的纤维素海绵中纤维的含量越少,因此,纤维素海绵的拉伸强度就越差。
Fig.1 Theeffectoftheamountoftheporeformingagentonthe
wateradsorptioncapacityofcellulosesponge
2.1 成孔剂用量对纤维素海绵吸水性与相对保湿性的影响
从Fig.1和Fig.2可以看出,随成孔剂用量增加,纤维素海绵吸水能力和相对保湿率明显增大。这是由于纤维素海绵中孔隙的多少与成孔剂的用量多少有关,成孔剂用量越多,纤维素海绵中的孔隙的数目越多。同时成孔剂越多,纤维素海绵中纤维间距离越大,
Fig.4 Theeffectoftheamountoftheporeformingagentonthe
dyeingpropertiesofcellulosesponge
2.
从Fig.4可以看出,随成孔剂用量的增加,纤维素海绵的吸色率和固色率都略有增加。染料的吸色率和固色率越高,表明活性染料上的活性原子与纤维素纤维上的伯醇羟基反应比例越高,故纤维素海绵的染色性能越好。
对于纤维素海绵的特殊的微观结构,生成的纤维素海绵孔隙率越大,可达及纤维素的表面越大,越能增加纤维素伯醇羟基的反应性和可及度。因此,在同样的染色条件下,随着成孔剂用量的增加,纤维素海绵的孔隙率越大,
越利于染色反应。
所呈现的多孔结构也不够规则。随成孔剂用量的增加,纤维素海绵所成的孔洞也越多,当成孔剂与纤维素/离子液体配比提高到6B1时,纤维素海绵表面呈现致密的较均匀的多孔状结构,而截面的多孔结构也相对比较均匀,表明所制得的纤维素海绵的透气性较好、孔隙率较高。这与上述分析结果是相一致的。3 结论
本文采用离子液体[BMIM]Cl为溶剂、无水硫酸钠为成孔剂、脱脂棉为增强纤维,以棉浆为原料成功地制备出了性能较好的离子液体法纤维素海绵。研究结果表明,随成孔剂用量的增加,纤维素海绵所成的孔洞也越多,海绵的吸水性和保湿性明显提高,其染色性能也随之提高,但纤维素海绵的拉伸强度则随之降低。
参考文献:
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Fig.5 SEMphotographsofsurfacesandcross-sectionsofcellulose
spongepreparedwithdifferentamountoftheporeforming
agent
2.4 成孔剂用量对纤维素海绵形态结构的影响
由Fig.5可见,当成孔剂与纤维素/离子液体配比为4B1时,纤维素海绵表面所形成的孔洞较少,而截面
高分子专利
专利名称:低灰分聚乙烯醇的制备方法专利申请号:CN[1**********]5.4
公开号:CN101092463
申请日:2006.12.18 公开日:2007.12.26申请人:四川大学
一种低灰分聚乙烯醇的制备方法,以低碱法生产的粒度为0.01毫米~7毫米的聚乙烯醇成品或半成品为原料,工艺步骤为1)萃取,萃取在常压下进行,原
料与萃取液的配比为:原料重量B萃取液体积=1B2~1B10,萃取液的极性控制在3.0~10.2,萃取温度为-20e~120e,萃取次数至少为1次;2)萃取后过滤分离聚乙烯醇颗粒与萃取液,所获聚乙烯醇颗粒直接干燥或洗涤后再干燥至挥发分
PreparationofCelluloseSpongeUsingIonicLiquidasSolvent
)))(Ñ)TheEffectoftheAmountofPoreFormingAgent
ZHANGHu-ihui,XIALei,CAITao,SHAOHu-ili,HUXue-chao
(StateKeyLaboratoryforModificationofChemicalFibersandPolymerMaterials,CollegeofMaterialScienceandEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)
ABSTRACT:Inthispaper,cellulosespongewaspreparedbyusingcottonpulpasrawmaterial,1-buty-l3-methylim-idazoliumchloride([BMIM]Cl)asthesolvent,anhydroussodiumsulfateastheporeformingagent,andabsorbentcottonasthereinforcingfibers.Andtheeffectoftheamountoftheporeformingagentonthewateradsorptionca-pacity,moistureretentionrate,tensilestrength,dyeingpropertiesandmorphologicalstructureofcellulosespongewasinvestigated,respectively.Theresultsshowthatwiththeincreaseoftheamountoftheporeformingagent,theporosityofcellulosespongeincreases,thewateradsorptioncapacity,moistureretentionrateanddyeingpropertiesofcellulosespongearealsoincreased,whereasthetensilestrengthofcellulosespongeisdeclining.Keywords:cellulose;ionicliquid;sponge;poreformingagent
(上接第113页。continuedfromp.113)
Nylon6NanofibersPreparedbyGas-Jet/Eletrospinning
LIUTa-iqi1,CHENXi1,2,LIWe-izhen1,QIMing-xia1
(1.ResearchCenterofEcomaterial,BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,China;2.CollegeofMaterialsScienceand
Engineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China)
ABSTRACT:Thisarticlemainlyinvestigatedthegas-jet/electrospinningmethodsofpolyamide6(PA6),inwhichanewtypeofelectrospinningdevicewasintriducedbyaddingagasjetparttothetraditionnalelectrospinningdevice.Theoptimalelectrospinningparametersforpreparingthetitledfiberweredeterminedasfollows,theconcentrationofthespinningsolutionis13%,thevoltageis16kV,thedistancebetweenthespinneretandthecollectoris10cm,thevolumerateofairflowis8L/min.Comparedtotheconventionaleletrospinning,athinnerandmoreuniformnanofiberswithhigherefficiencycanbeprepraedbythegas-jet/electrostaticspinningmethod.Keywords:nanofiber;electrospinning;gas-jet/electrospinning