【摘 要】
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卡拉胶是从红藻中提取出来的一种天然含硫多糖,拥有良好的凝胶性能,广泛应用于食品、医药和日用化工等方面。本论文以κ-卡拉胶为原料,通过湿法纺丝技术制备了K-Ca型(κ-CAF-K,Ca)和Ba-Ba型(κ-CAF-Ba,Ba)卡拉胶纤维,利用扫描电镜(SEM)、元素含量分析(EDS)、拉伸试验、极限氧指数(LOI)、微型量热(MCC)、热重(TG)和热裂解产物(Py-GC-MS)分析,探讨两种纤维的
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卡拉胶是从红藻中提取出来的一种天然含硫多糖,拥有良好的凝胶性能,广泛应用于食品、医药和日用化工等方面。本论文以κ-卡拉胶为原料,通过湿法纺丝技术制备了K-Ca型(κ-CAF-K,Ca)和Ba-Ba型(κ-CAF-Ba,Ba)卡拉胶纤维,利用扫描电镜(SEM)、元素含量分析(EDS)、拉伸试验、极限氧指数(LOI)、微型量热(MCC)、热重(TG)和热裂解产物(Py-GC-MS)分析,探讨两种纤维的成纤过程和阻燃机理。SEM照片显示κ-CAF-K,Ca切面凹凸不平,表面有沟壑,而κ-CAF-Ba,Ba切面光滑,表面沟壑极少;力学性能测试显示,κ-CAF-K,Ca的断裂强度为0.57cN/dtex,断裂伸长率为10.23%,κ-CAF-Ba,Ba的断裂强度为0.78cN/dtex,断裂伸长率为9.34%。结合EDS分析可知,κ-CAF-K,Ca结构相对疏松柔软,κ-CAF-Ba,Ba结构相对致密紧实,并初步推测:κ-CAF-K,Ca主要通过K+促凝胶化作用形成纤维,κ-CAF-K,Ca含有大量的凝胶化结构;而κ-CAF-Ba,Ba通过Ba2+促沉淀化作用形成纤维,形成大量的沉淀结构。SEM、LOI、MCC和TG测试表明,κ-CAF-K,Ca与κ-CAF-Ba,Ba在700℃高温下都能保持纤维形态,且LOI值都大于27,表明两种纤维都具有良好的阻燃性能。但是κ-CAF-Ba,Ba的残炭含量为33.2%,高于κ-CAF-K,Ca的残炭含量(23.9%)。结合Py-GC-MS分析,初步得到两种纤维的阻燃机理:κ-CAF-K,Ca主要通过生成大量膨胀炭层达到阻燃效果而κ-CAF-Ba,Ba则通过生成BaSO4沉淀保护层起到阻燃作用。同时,推测得到κ-CAF-K,Ca可能的两条热解路径,一条是在纤维燃烧时,硫酸基团先发生断键,反应生成硫酸盐和SO2,然后糖苷键断裂,发生开环反应生成各种小分子产物,另一条是先发生糖苷键断裂,然后发生开环反应,生成含硫化合物和其他小分子化合物。为了提升纤维性能,改用ι-卡拉胶为原料,制备K-K型ι-卡拉胶纤维(ι-CAF-K,K)、K-Ca型ι-卡拉胶纤维(ι-CAF-K,Ca)、和K-Al型ι-卡拉胶纤维(ι-CAF-K,Al)三种新型纤维。通过对三种纤维的形貌、力学性能和阻燃性能分析可知,ι-CAF-K,Al分丝效果良好,力学性能优良,断裂强度达到1.25cN/dtex;并且其阻燃性能优良,LOI值高达39,700℃燃烧两小时后还能够保持良好的纤维形态,是迄今为止制备的综合性能最优的卡拉胶纤维。
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