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纤维素是自然界中存储量最丰富的天然高分子,具有来源广泛、可再生、可生物降解等优点。以离子液体为溶剂,通过溶解、凝胶化、干燥等过程可制备再生纤维素材料。纤维素凝胶是纤维素加工过程中重要的中间产物,并且纤维素凝胶的结构与性能将直接影响到再生纤维素产品的结构与性能,但是对纤维素凝胶结构与性能的研究较少。本论文以离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)为溶剂,考察了凝固浴种类、凝固浴浓度、拉伸条件等对凝胶结构与性能的影响,同时进一步考察了凝胶的结构与性能和再生纤维素膜的结构与性能的关系。通过上述研究,我们对凝胶化过程有了初步的认识,为调控纤维素材料的结构与性能提供了理论指导。本论文取得的主要研究结果如下: 1.考察了3种凝固浴(水、乙醇、乙醇/水(质量比1∶1))对再生纤维素凝胶结构与性能的影响,研究发现:水凝固浴制备的再生纤维素凝胶微纤结构相对致密,乙醇凝固浴制备的纤维素凝胶网络结构相对均匀,但微纤结构相对疏松,所以水凝固浴制备的凝胶强度(0.65 MPa)大于乙醇凝固浴制备的凝胶强度(0.14MPa);水/乙醇混合凝固浴制备的再生纤维素凝胶既具有相对致密的微纤结构,又形成了相对均匀的网络结构,凝胶强度最大(0.91 MPa)。上述结果的原因是:水凝固浴中纤维素凝胶化过程剧烈,醇凝固浴中纤维素凝胶化过程缓慢,水/乙醇凝固浴有效地调节了纤维素凝胶化过程。 2.为了进一步调控凝胶的致密的微纤结构和均匀的网络结构,考察了不同浓度AmimCl水溶液(质量分数0%,30%,50%,70%)凝固浴对再生纤维素凝胶结构与性能的影响。实验结果表明:与水凝固浴制备的纤维素凝胶强度比较,离子液体水溶液凝固浴制备的纤维素凝胶强度较高。原因是水凝固浴含有离子液体后,纤维素凝胶化过程较缓慢,离子液体水溶液凝固浴体系制备的凝胶既具有相对致密的微纤结构,又形成相对均匀的网络结构。 3.通过控制拉伸条件,得到力学性能更好的纤维素凝胶。当溶液浓度为2%,拉伸比为1.12,凝固浴中离子液体为30%时,拉伸前凝胶的强度为0.61 MPa,拉伸后凝胶的强度提高至0.90 MPa;凝固浴中离子液体为70%时,拉伸前凝胶的强度为0.73 MPa,拉伸后凝胶的强度提高至1.04 MPa;原因是原位拉伸能使纤维素微纤取向,从而提高再生纤维素凝胶和再生纤维素膜的力学强度。 4.基于对纤维素凝胶化过程的认识,在不分离提纯纤维素、木质素和半纤维素的前提下,成功地将废报纸制备成了性能优良的纤维素基膜材料。水做凝固浴制备的再生纤维素基膜材料断面结构紧密,拉伸强度达到70-80 MPa,有望在包装领域中取得应用,实现了低成本纤维素原料废报纸的高值利用。