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随着社会和经济的发展,不可再生的石油资源产生的白色污染日益加剧。研究和开发以天然高分子为原料的材料已成为高分子科学研究的一个热点。纤维素作为一种具有可再生性、生物相容性以及可生物降解性的资源,被广泛地应用于造纸、纺织等行业。纤维素氨基甲酸酯(CC)是纤维素与尿素酯化反应生成的产物,是一种新型绿色纤维素衍生物,可用于制备再生纤维素纤维和膜材料,其研究在纤维素开发与利用方面越来越受到人们的重视。 本论文在课题组前期碱化工艺研究的成果上,采用最佳的碱化条件对纤维素进行活化,破坏纤维素的超分子结构,降低其聚合度,增加其反应活性;然后,通过液固相法在高沸点强极性溶剂NMP的作用下,使得纤维素浸润在溶剂中,同时,尿素在高温下溶解在溶剂NMP中,大大的增加了与纤维素的接触面积,酯化合成纤维素氨基甲酸酯。该研究为天然纤维素的合理应用及环境友好型纤维的制备提供实验依据,具有较高的理论意义。 论文主要研究通过液固相法在溶剂NMP的作用下制备纤维素氨基甲酸酯的方法。探讨了酯化时间、酯化温度、原料配比等多因素对酯化工艺的影响,并讨论了NaOH浓度、含氮量及碱处理对CC溶解性能的影响,重点研究CC/NaOH溶液的流变性能,以及CC再生纤维素纤维和薄膜的制备及其结构与机械性能。分别采用了凯氏定氮仪、红外光谱仪(FTIR)、13C固体核磁共振仪、扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射仪(XRD)以及热重分析仪(TG)对产物纤维素氨基甲酸酯的结构与性能进行了测试与表征。同时,利用偏光显微镜和HKKAEMARSⅢ高级扩展流变仪对纤维素氨基甲酸酯的溶解及溶液的流变性能进行了深入系统的研究。最后利用纤维素氨基甲酸酯的溶液制备了再生纤维素纤维以及薄膜。结果表明:在红外谱图1710cm-1处出现了新的吸收峰;核磁谱图上在化学位移δ=159.2 ppm处出现了一个新的核磁共振信号;从XRD衍射图谱中发现CC的无定形区增加,结晶度降低;观察CC的电镜图,发现CC出现了局部的破裂,这些现象都说明纤维素和尿素发生酯化反应生成了CC。 此外,碱处理利于CC的酯化与溶解,NaOH浓度为9%时最适合CC溶解,CC产物的含氮量越高越有利于溶解,且形成的溶液较稳定。充分溶解的CC溶液呈现典型的假塑型非牛顿流体,非牛顿指数均小于1,且随溶液浓度的增加而减小,随温度的增加而增加,其结构粘度指数随着溶液浓度的增加而增加,随温度的升高而降低。说明浓度过高、温度过低时,溶液的可纺性不好。另外,利用CC/NaOH溶液成功的纺丝和制膜,说明产物具有较好的再生性能。