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近年来,随着人口数量的迅速增长和“快消时尚”的到来,服装、家用纺织品的使用周期逐年缩短。废旧纺织品的总量也逐年提高,目前的废旧纺织品的综合利用率只有10%-15%,它引起了严重的资源浪费和环境污染,受到世界关注。
纺织品中最主要的天然纤维是棉纤维,棉纤维的主要成分为纤维素。由于纤维素的高分子量和高结晶度,其降解或改性均需要在较严苛的条件下进行。为了提高棉纤维反应的可及度,促进废旧棉纺织品的高值化利用,论文以废旧棉纤维为研究对象,利用NaOH/urea水溶液体系对其进行预处理,削弱纤维素的氢键结构,降低其结晶度;分别对其进行水解获得单糖和乙酰化制备醋酸纤维素。最后将制备的醋酸纤维素加入氧化锌改性,通过静电纺丝制备醋酸纤维素膜,并研究其自清洁性能。主要研究内容及结论如下:
(1)以NaOH/urea水溶液体系对废旧棉织物预处理,获得低结晶度的棉纤维。以棉纤维的保水值和纤维损失率为指标,得到了合适的预处理温度、NaOH/urea(质量分数)和固液比。对预处理前后的棉纤维进行扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱分析(FT-IR)表征分析,结果表明经过NaOH/urea水溶液体系预处理后的棉纤维,与原棉相比,在形貌上发生了显著变化,表面粗糙,呈絮状,纤维发生扭转和卷曲,粒径变小;在物理结构上,纤维素晶型发生变化,由纤维素I型转变成纤维素II型,并且结晶度下降。作为一种非导数反应,该预处理方法不能改变纤维的化学结构。
(2)预处理后棉纤维水解效率明显提高,在水热温度230℃,保温2h,盐酸浓度5wt.%时,葡萄糖产率达到29.99%,且预处理可提高H+的催化效率。
(3)以预处理前后的棉纤维分别为原料,采用冰醋酸/醋酸酐体系制备高取代度的醋酸纤维素。对制备的醋酸纤维素样品进行了扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱分析(FT-IR)表征分析。与原棉的乙酰化相比,经过预处理后的棉纤维乙酰化时间更短,产量增多,取代度也明显提高。制备的醋酸纤维素与市售醋酸纤维素的各项性能接近,具有一定的应用价值。最利于棉纤维乙酰化的预处理条件为反应温度为-15℃,NaOH/urea(质量分数)为7:12,固液比为2:50。
(4)以制备的醋酸纤维素为原料,氧化锌为改性剂,N-N二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮为溶剂,通过静电纺丝成功制备具有光催化自清洁性能的醋酸纤维素膜,膜与氧化锌的结合牢度强,且氧化锌分散均匀。将制备的醋酸纤维膜置入的亚甲基蓝溶液中,放在紫外光灯下照射,观察亚甲基蓝溶液的颜色降解情况和记录它的降解速率。以不同取代度醋酸纤维素制备的的醋酸纤维膜在紫外灯光照24h后,亚甲基蓝溶液颜色的降解率均可达到99%以上,达到自清洁目的。
纺织品中最主要的天然纤维是棉纤维,棉纤维的主要成分为纤维素。由于纤维素的高分子量和高结晶度,其降解或改性均需要在较严苛的条件下进行。为了提高棉纤维反应的可及度,促进废旧棉纺织品的高值化利用,论文以废旧棉纤维为研究对象,利用NaOH/urea水溶液体系对其进行预处理,削弱纤维素的氢键结构,降低其结晶度;分别对其进行水解获得单糖和乙酰化制备醋酸纤维素。最后将制备的醋酸纤维素加入氧化锌改性,通过静电纺丝制备醋酸纤维素膜,并研究其自清洁性能。主要研究内容及结论如下:
(1)以NaOH/urea水溶液体系对废旧棉织物预处理,获得低结晶度的棉纤维。以棉纤维的保水值和纤维损失率为指标,得到了合适的预处理温度、NaOH/urea(质量分数)和固液比。对预处理前后的棉纤维进行扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱分析(FT-IR)表征分析,结果表明经过NaOH/urea水溶液体系预处理后的棉纤维,与原棉相比,在形貌上发生了显著变化,表面粗糙,呈絮状,纤维发生扭转和卷曲,粒径变小;在物理结构上,纤维素晶型发生变化,由纤维素I型转变成纤维素II型,并且结晶度下降。作为一种非导数反应,该预处理方法不能改变纤维的化学结构。
(2)预处理后棉纤维水解效率明显提高,在水热温度230℃,保温2h,盐酸浓度5wt.%时,葡萄糖产率达到29.99%,且预处理可提高H+的催化效率。
(3)以预处理前后的棉纤维分别为原料,采用冰醋酸/醋酸酐体系制备高取代度的醋酸纤维素。对制备的醋酸纤维素样品进行了扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱分析(FT-IR)表征分析。与原棉的乙酰化相比,经过预处理后的棉纤维乙酰化时间更短,产量增多,取代度也明显提高。制备的醋酸纤维素与市售醋酸纤维素的各项性能接近,具有一定的应用价值。最利于棉纤维乙酰化的预处理条件为反应温度为-15℃,NaOH/urea(质量分数)为7:12,固液比为2:50。
(4)以制备的醋酸纤维素为原料,氧化锌为改性剂,N-N二甲基乙酰胺(DMAc)和丙酮为溶剂,通过静电纺丝成功制备具有光催化自清洁性能的醋酸纤维素膜,膜与氧化锌的结合牢度强,且氧化锌分散均匀。将制备的醋酸纤维膜置入的亚甲基蓝溶液中,放在紫外光灯下照射,观察亚甲基蓝溶液的颜色降解情况和记录它的降解速率。以不同取代度醋酸纤维素制备的的醋酸纤维膜在紫外灯光照24h后,亚甲基蓝溶液颜色的降解率均可达到99%以上,达到自清洁目的。