二醋酸纤维素/[BMIM]BF4共混体系热性能及熔融纺丝研究

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醋酸纤维素(cellulose acetate, CA)是一种原料来自天然的半合成高聚物。具有资源丰富，可持续发展的特点。醋酸纤维素相对纤维素而言大分子中因引入酰基而表现出一定的热塑性，然而大分子链上保留的羟基所形成的氢键使得醋酸纤维素的熔融加工温度与分解温度之间比较接近，使其热加工困难。对醋酸纤维素进行增塑改性，使其分解温度与加工温度间距增大，扩大加工窗口，从而实现醋酸纤维素吹塑成型或熔融纺丝，具有巨大的经济效益和社会效益。
　　本论文以二醋酸纤维素/[BMIM]BF4共混体系为研究对象，研究了二醋酸纤维素/[BMIM]BF4体系的热性能。并讨论了稳定剂对于体系热性能的影响，同时研究了二醋酸纤维素/[BMIM]BF4的流变性能，在流变性能的指导下，成功制备了二醋酸纤维，并研究纤维的性能。具体研究内容如下：
　　1、以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4）为增塑剂，研究了不同含量的[BMIM]BF4对于增塑体系热性能的影响。研究表明，[BMIM]BF4对二醋酸纤维素具有良好的增塑效果，随着[BMIM]BF4含量增加到35 wt％，体系的玻璃化转变温度从225 oC降低到95 oC，体系的结晶峰变得平缓，形成了新的微相结构，但其热稳定性降低。同时，以亚磷酸酯类和酚类抗氧剂作为稳定剂，研究了其对25 wt%[BMIM]BF4/CDA共混体系热性能的影响。研究发现，0.5 wt%酚类抗氧剂1010和0.5 wt%亚磷酸三苯酯(TPPI)混合稳定剂比单稳定剂对增塑体系热性能的提高效果更佳。
　　2、通过旋转流变仪研究了不同含量的[BMIM]BF4对于增塑体系熔体流变性能的影响。研究发现二醋酸纤维素/[BMIM]BF4熔体呈现切力变稀的流动特点。通过Carreau模型拟合的结果表明随着温度的升高，零剪切粘度和非牛顿指数降低；粘流活化能分别随着剪切速率的增加和[BMIM]BF4含量的增加而减小，温度对纺丝加工过程非常敏感；随着温度升高，结构粘度指数先降低然后再增加，在190 oC达到最小的42.7，选择190 oC为最佳的熔融纺丝温度。动态流变学性能结果显示，25 wt%[BMIM]BF4/CDA增塑体系在剪切力作用下随着时间的进行发生了一定程度的降解，混合稳定剂的添加能够有效抑制二醋酸纤维素的降解。
　　3、采用添加0.5 wt%TPPI和0.5 wt%抗氧剂1010作为混合稳定剂的25 wt%[BMIM]BF4/CDA增塑体系为研究对象，结果发现，共混温度越高，越有利于[BMIM]BF4和二醋酸纤维素两者共混，但同时也会加剧降解的发生。通过熔融纺丝法技术获得二醋酸纤维，表面光滑，纤维断面出现断裂性裂纹，内部结构致密。随着牵伸倍率的增加到4倍，纤维强度从1.064 cN/dtex提升到了1.613 cN/dtex，断裂伸长率从11.2%下降到4.8%，结晶度从31.23%提高到37.65%。

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作者
李智星;
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作者单位

东华大学;

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授予单位东华大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名王海风;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TQ340.642;
关键词
共混体系; 二醋酸纤维素; 离子液体; 热性能; 熔融纺丝;

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