纖維素超細纖維制備及性能研究結題匯報

纖維素超細纖維制備及性能研究結題匯報研究背景研究內(nèi)容結論研究成果存在問題及下一步研究計劃經(jīng)費使用目錄研究背景科技迅速發(fā)展，人類面臨資源和環(huán)境的雙重研究挑戰(zhàn)?？茖W與技術已轉向可再生資源和能源的原料以及環(huán)境友好材料和可持續(xù)發(fā)展的技術與過程。以纖維素為代表的天然高分子日益引人注目。纖維素的分子結構中有大量的分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵，使得其性質(zhì)為難溶不熔；纖維素纖維生產(chǎn)方面，早期主要以濕法紡絲為主；隨著纖維素溶劑的開發(fā)以及紡絲方法的革新，出現(xiàn)了干濕法、靜電法和熔噴法等。纖維素纖維研究現(xiàn)狀研究背景濕法紡絲干濕法紡絲靜電紡絲熔噴紡絲研究背景纖維素纖維紡絲方法靜電紡絲法是目前制備超細纖維的最直接也是最基本的方法。

溶劑體系

優(yōu)勢局限水溶劑體系堿金屬水溶劑體系最簡單、最便宜的溶劑但溶解能力較低（只能溶解低聚合度或經(jīng)過預處理的纖維素和再生纖維素）過渡金屬絡合物水溶劑體系(銅氨溶液)

溶解、再生過程中未發(fā)生衍生化反應該體系對空氣中的氧比較敏感，很容易發(fā)生氧化降解。同時，銅氨溶液很難被完全回收利用，環(huán)境污染也比較嚴重。有機溶劑體系氯化鋰/N，N-二甲基乙酰胺體系(DMAc/LiCl)溶解纖維素無中間物產(chǎn)生，穩(wěn)定性好

只局限于實驗室研究，未規(guī)模化生產(chǎn)NMMO/水體系NMMO工藝溶劑的回收率已經(jīng)接近100%但溶劑價格昂貴，前期投入較大，所以工業(yè)化推廣速度較慢離子溶劑體系無污染，而且部分離子溶劑還能循環(huán)利用，但在存儲、制備等方面還存在一些問題直接溶解纖維素的溶劑體系研究背景溶劑纖維素，質(zhì)量分數(shù)凝固浴纖維尺寸NMMO/H2O—水3~10μmNMMO/H2O（85/15，質(zhì)量）DP=210，9%旋轉接收面加水?。?0

oC）750nmNMMO/H2O，50%H2ODP=670,4%（質(zhì)量體積比）無90~250nmNMMO/H2O，50%H2ODP=800或700,2%水200~500nmED/KSCNDP=140，8%DP=940，3%水3μm100~1000nmLiCl/DMAcDP=1140，1%~3%

加熱旋轉接收面加水浴250~750nmLiCl/DMAc3%無不穩(wěn)定Bmim/Cl或Emim/B10%乙醇500~10μm不同纖維素溶液靜電紡絲的條件及纖維尺寸表研究背景LiCl/DMAc體系中包含不易揮發(fā)的鹽，會殘留在所制備的纖維素材料中，對材料的結構和性能產(chǎn)生不良影響。在電紡時要把溶劑完全去除掉需要對電紡的設計有較高的要求。NayakJN改進了再生過程以去離子水和異丙醇的混合液處理纖維素膜將膜中Li+的含量降至10.61×10-6Industrial&Engineeringchemistryresearch,2008,47(5):1702-1706.DMAc/LiCl體系靜電紡絲制備纖維素超細纖維時存在問題研究背景研究內(nèi)容纖維素在LiCl/DMAc溶劑體系中的靜電紡絲研究新的纖維素溶劑體系開發(fā)纖維素基碳纖維的制備研究DMAc作為活化溶劑DMAc/LiCl溶液濃度：8%纖維素/DMAc/LiCl紡絲液濃度分別為：1%、2%、3%纖維素活化處理及纖維素/DMAc/LiCl溶液的制備溶劑體系

DMAc/LiCl溶劑體系纖維素溶液的制備靜電紡絲裝置1直流高壓電源，2微量注射泵，3注射器，4紡絲液，5針頭，6升降臺，7滾筒

靜電紡絲自制裝置的示意圖工藝參數(shù)紡絲液濃度（%）：1，2，3接收距離（cm）：9，12，15，18流速（ml·h-1）：0.6，1.2，1.8電壓（kV）：18，19，20，212%Cellulose/DMAc/LiCl靜電紡絲制備工藝紡絲方案接收距離/cm流速/ml·h-1電壓/kV紡絲狀態(tài)191.820可持續(xù)紡絲291.821可持續(xù)紡絲3121.218可持續(xù)紡絲4121.221可持續(xù)紡絲5121.821可持續(xù)紡絲纖維素靜電紡絲最佳工藝參數(shù)距離、流速不變，電壓增加：直徑有減小趨勢紡絲電壓對纖維形貌影響（a）9cm、1.8ml·h-1、20kV，（b）9cm、1.8ml·h-1、21kV

靜電紡絲纖維形貌與直徑分布圖距離、流速不變，電壓增加：直徑有減小趨勢紡絲電壓對纖維形貌影響

（a）12cm、1.2ml·h-1、18kV，（b）12cm、1.2ml·h-1、21kV

靜電紡絲纖維形貌與直徑分布圖距離、電壓不變，流速增加：直徑有增大趨勢紡絲液流速對纖維形貌影響（a）12cm、1.2ml·h-1、21kV，（b）12cm、1.8ml·h-1

、21kV

靜電紡絲纖維形貌與直徑分布圖電壓、流速不變，距離增加：直徑有減小趨勢（a）9cm、1.8ml·h-1、21kV，（b）12cm、1.8ml·h-1、21kV

靜電紡絲纖維形貌與直徑分布圖接收距離對纖維形貌影響新型溶劑體系纖維素紡絲液制備DMAc作為活化溶劑DMAc/LiCl溶液濃度：8%CoCl2添加量：10%纖維素/DMAc/LiCl紡絲液濃度

分別為：1%、2%、3%纖維素活化處理及纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2溶液制備(a)纖維素/DMAc/LiCl紡絲液，(b)纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2紡絲液工藝參數(shù)紡絲液濃度（%）：3接收距離（cm）：12流速（ml·h-1）：1.2電壓（kV）：12纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2纖維膜制備

干燥后的纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2纖維膜CoCl2添加對紡絲效果影響未添加CoCl2的纖維素/DMAc/LiCl紡絲電壓為18-21kV可持續(xù)紡絲添加CoCl2之后，紡絲電壓降低到12kV說明CoCl2的添加有利于紡絲纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2電紡纖維形貌制備

纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2電紡纖維形貌圖

纖維之間的黏結明顯減少

纖維的直接分布在645nm~1.84μm之間CoCl2的添加對纖維素靜電紡絲起到了較好的促進作用纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2電紡碳纖維制備方法以6°C/min速率由室溫升溫至300°C300°C下保溫2h以12°C/min速率升溫至700°C700°C保溫6h

自然降溫至室溫N2保護纖維素基碳纖維形貌碳化后的纖維的表面形態(tài)結構沒有發(fā)生變化直徑變小黏結現(xiàn)象減少

纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2電紡纖維碳化后纖維形貌圖（1）對DMAc/LiCl體系的纖維素靜電紡絲做了系統(tǒng)的研究，確立了最佳紡絲工藝；（2）開發(fā)了纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2新的纖維素靜電紡絲溶劑體系，使纖維素更易于靜電紡絲，所制備的纖維形貌更優(yōu)化，較好的解決了纖維間的黏結現(xiàn)象；（3）成功制備了纖維素/DMAc/LiCl/CoCl2溶劑體系電紡碳纖維，為拓展纖維素新領域的應用打下堅實的基礎。結論本研究工作已經(jīng)發(fā)表論文1篇，申請專利1項。

陳艷華朱麗霞，PVA/氧化石墨烯納米復合纖維制備及性能研究[J].浙江紡織服裝職業(yè)技術學院學報，2016（04）.

一種濕法紡絲制備纖維素基碳纖維的方法及其在鋰離子電池中的應用，201611188931.4，杭州君度專利代理事務所.研究成果（1）樣品產(chǎn)量較少，表征及應用研究受到影響；（2）需要制備大量