功能性离子液体的设计合成及其在纤维素溶解方面的应用

摘要

随着石油、天然气等自然资源的日益枯竭以及人们对赖以生存的生态环境的同益关注和重视，以石油为原料的合成纤维的发展必将受到制约和限制。而天然纤维素不仅来源丰富，可以再生，而且其制得的纤维素制品可生物降解，符合现代生活中人们理想中的环保要求。同时，有着“绿色溶剂”之称的离子液体，在纤维素的溶解方面，也呈现了良好的趋势。至此，离子液体溶解纤维素，引起了科学界的研究热潮。
　　 根据离子液体的可设计性，参考了纤维素的溶解机理，我们实验合成了15种新犁离子液体，并对其进行结构的确定和性质的表征。通过偏光显微镜的测试，发现N-烯丙基-N-甲基吗啉盐酸盐[AMMor]Cl能够在很短的时间内溶解纤维素。由于其熔点比较高，选择其与氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)和二甲基亚砜(DMSO)混配，以达到最好的溶解效果。实验中采用天然木浆纤维素为原料，得到的纤维素溶液在蒸馏水中再生，将得到的再生纤维素借助差示扫描量热法(DSC)分析、热重分析法(TGA)、红外分析法、X-射线衍射(XRD)等表征手段进行表征和研究。
　　 通过大量的试验证实，室温条件下，密闭容器中经过一小时合成的[AMMor]Cl产率能达到92％。通过溶解实验，比较了目前文献报道的各种溶解纤维素的离子液体体系，发现离子液体混配体系[AMMor]Cl/[AMIM]Cl能直接溶解聚合度为729未经活化的纤维素，且纤维素降解程度较小。而纤维素在[AMMor]Cl/DMSO溶剂体系中不能全部溶解且降解程度较大。在[AMMor]Cl/[AMIM]Cl离子液体溶剂体系中再生的纤维素，由纤维素1转化为纤维素II；晶型发生变化，结晶度降低；热稳定性能降低；整个过程没有发生衍生化，为纤维素的直接溶解过程。以上的结果表明，[AMMor]Cl/[AMIM]Cl离子液体溶剂在溶解纤维素方面有更佳的溶解效果，为纤维素的绿色加工提供了更加宽广的发展空间。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪 论

1.1 综述

1.2 纤维素的组成与结构

1.3 纤维素的溶剂体系

1.4 离子液体在纤维素领域的应用研究现状

1.4.1 简述

1.4.2 离子液体的定义和分类

1.4.3 离子液体的物理化学性质

1.4.4 离子液体的研究历程和现状

1.4.5 离子液体在绿化进程中面临的问题

1.5 离子液体用于纤维素溶剂的研究现状

1.6 纤维素在溶剂中的溶解机理

1.7 本文研究方案

1.7.1 课题的提出

1.7.2 试验研究内容

第二章 离子液体的制备

2.1 引言

2.2 实验内容

2.2.1 仪器与试剂

2.2.2 合成路线

2.2.3 离子液体的性能表征

第三章 纤维素在离子液体中的溶解

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料

3.2.2 纤维素在3a～3g离子液体中的溶解情况

3.2.3 纤维素在离子液体中的溶解性能研究

3.2.4 纤维素在离子液体中的工艺研究

3.2.5 纤维素在混配离子液体中的溶解形貌

3.3 结果与讨论

3.3.1 纤维素在3a～3g离子液体中的溶解情况

3.3.2 纤维素在混配离子液体中的溶解情况

3.3.3 纤维素在混配溶剂中的溶解工艺

3.3.4 纤维素离子液体混配体系中的溶解形貌

3.3.5 纤维素在混配溶液中的溶解机理

3.4 结论

第四章 再生纤维素的性能研究

4.1 引言

4.2 试验内容

4.2.1 原料、试剂与仪器

4.2.2 纤维素的再生

4.2.3 纤维素再生前后聚合度的测定

4.2.4 纤维素再生前后的红外光谱分析

4.2.5 纤维素再生前后的晶型分析

4.2.6 纤维素再生前后的热重分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 纤维素在溶解过程中的聚合度变化

4.3.2 纤维素再生前后的红外谱图分析

4.3.3 纤维素再生前后的X-射线衍射分析

4.3.4 纤维素再生前后的热重分析

4.4 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢