纤维素超细纤维制备及性能研究结题汇报

纤维素超细纤维制备及性能研究结题汇报研究背景研究内容结论研究成果存在问题及下一步研究计划经费使用目录研究背景科技迅速发展，人类面临资源和环境的双重研究挑战。科学与技术已转向可再生资源和能源的原料以及环境友好材料和可持续发展的技术与过程。以纤维素为代表的天然高分子日益引人注目。纤维素的分子结构中有大量的分子内氢键和分子间氢键，使得其性质为难溶不熔；纤维素纤维生产方面，早期主要以湿法纺丝为主；随着纤维素溶剂的开发以及纺丝方法的革新，出现了干湿法、静电法和熔喷法等。纤维素纤维研究现状研究背景湿法纺丝干湿法纺丝静电纺丝熔喷纺丝研究背景纤维素纤维纺丝方法静电纺丝法是目前制备超细纤维的最直接也是最基本的方法。

溶剂体系

优势局限水溶剂体系碱金属水溶剂体系最简单、最便宜的溶剂但溶解能力较低（只能溶解低聚合度或经过预处理的纤维素和再生纤维素）过渡金属络合物水溶剂体系(铜氨溶液)

溶解、再生过程中未发生衍生化反应该体系对空气中的氧比较敏感，很容易发生氧化降解。同时，铜氨溶液很难被完全回收利用，环境污染也比较严重。有机溶剂体系氯化锂/N，N-二甲基乙酰胺体系(DMAc/LiCl)溶解纤维素无中间物产生，稳定性好

只局限于实验室研究，未规模化生产NMMO/水体系NMMO工艺溶剂的回收率已经接近100%但溶剂价格昂贵，前期投入较大，所以工业化推广速度较慢离子溶剂体系无污染，而且部分离子溶剂还能循环利用，但在存储、制备等方面还存在一些问题直接溶解纤维素的溶剂体系研究背景溶剂纤维素，质量分数凝固浴纤维尺寸NMMO/H2O—水3~10μmNMMO/H2O（85/15，质量）DP=210，9%旋转接收面加水浴（10

ºC）750nmNMMO/H2O，50%H2ODP=670,4%（质量体积比）无90~250nmNMMO/H2O，50%H2ODP=800或700,2%水200~500nmED/KSCNDP=140，8%DP=940，3%水3μm100~1000nmLiCl/DMAcDP=1140，1%~3%

加热旋转接收面加水浴250~750nmLiCl/DMAc3%无不稳定Bmim/Cl或Emim/B10%乙醇500~10μm不同纤维素溶液静电纺丝的条件及纤维尺寸表研究背景LiCl/DMAc体系中包含不易挥发的盐，会残留在所制备的纤维素材料中，对材料的结构和性能产生不良影响。在电纺时要把溶剂完全去除掉需要对电纺的设计有较高的要求。NayakJN改进了再生过程以去离子水和异丙醇的混合液处理纤维素膜将膜中Li+的含量降至10.61×10-6Industrial&Engineeringchemistryresearch,2008,47(5):1702-1706.DMAc/LiCl体系静电纺丝制备纤维素超细纤维时存在问题研究背景研究内容纤维素在LiCl/DMAc溶剂体系中的静电纺丝研究新的纤维素溶剂体系开发纤维素基碳纤维的制备研究DMAc作为活化溶剂DMAc/LiCl溶液浓度：8%纤维素/DMAc/LiCl纺丝液浓度分别为：1%、2%、3%纤维素活化处理及纤维素/DMAc/LiCl溶液的制备溶剂体系

DMAc/LiCl溶剂体系纤维素溶液的制备静电纺丝装置1直流高压电源，2微量注射泵，3注射器，4纺丝液，5针头，6升降台，7滚筒

静电纺丝自制装置的示意图工艺参数纺丝液浓度（%）：1，2，3接收距离（cm）：9，12，15，18流速（ml·h-1）：0.6，1.2，1.8电压（kV）：18，19，20，212%Cellulose/DMAc/LiCl静电纺丝制备工艺纺丝方案接收距离/cm流速/ml·h-1电压/kV纺丝状态191.820可持续纺丝291.821可持续纺丝3121.218可持续纺丝4121.221可持续纺丝5121.821可持续纺丝纤维素静电纺丝最佳工艺参数距离、流速不变，电压增加：直径有减小趋势纺丝电压对纤维形貌影响（a）9cm、1.8ml·h-1、20kV，（b）9cm、1.8ml·h-1、21kV

静电纺丝纤维形貌与直径分布图距离、流速不变，电压增加：直径有减小趋势纺丝电压对纤维形貌影响

（a）12cm、1.2ml·h-1、18kV，（b）12cm、1.2ml·h-1、21kV

静电纺丝纤维形貌与直径分布图距离、电压不变，流速增加：直径有增大趋势纺丝液流速对纤维形貌影响（a）12cm、1.2ml·h-1、21kV，（b）12cm、1.8ml·h-1

、21kV

静电纺丝纤维形貌与直径分布图电压、流速不变，距离增加：直径有减小趋势（a）9cm、1.8ml·h-1、21kV，（b）12cm、1.8ml·h-1、21kV

静电纺丝纤维形貌与直径分布图接收距离对纤维形貌影响新型溶剂体系纤维素纺丝液制备DMAc作为活化溶剂DMAc/LiCl溶液浓度：8%CoCl2添加量：10%纤维素/DMAc/LiCl纺丝液浓度

分别为：1%、2%、3%纤维素活化处理及纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2溶液制备(a)纤维素/DMAc/LiCl纺丝液，(b)纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2纺丝液工艺参数纺丝液浓度（%）：3接收距离（cm）：12流速（ml·h-1）：1.2电压（kV）：12纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2纤维膜制备

干燥后的纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2纤维膜CoCl2添加对纺丝效果影响未添加CoCl2的纤维素/DMAc/LiCl纺丝电压为18-21kV可持续纺丝添加CoCl2之后，纺丝电压降低到12kV说明CoCl2的添加有利于纺丝纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2电纺纤维形貌制备

纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2电纺纤维形貌图

纤维之间的黏结明显减少

纤维的直接分布在645nm~1.84μm之间CoCl2的添加对纤维素静电纺丝起到了较好的促进作用纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2电纺碳纤维制备方法以6°C/min速率由室温升温至300°C300°C下保温2h以12°C/min速率升温至700°C700°C保温6h

自然降温至室温N2保护纤维素基碳纤维形貌碳化后的纤维的表面形态结构没有发生变化直径变小黏结现象减少

纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2电纺纤维碳化后纤维形貌图（1）对DMAc/LiCl体系的纤维素静电纺丝做了系统的研究，确立了最佳纺丝工艺；（2）开发了纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2新的纤维素静电纺丝溶剂体系，使纤维素更易于静电纺丝，所制备的纤维形貌更优化，较好的解决了纤维间的黏结现象；（3）成功制备了纤维素/DMAc/LiCl/CoCl2溶剂体系电纺碳纤维，为拓展纤维素新领域的应用打下坚实的基础。结论本研究工作已经发表论文1篇，申请专利1项。

陈艳华朱丽霞，PVA/氧化石墨烯纳米复合纤维制备及性能研究[J].浙江纺织服装职业技术学院学报，2016（04）.

一种湿法纺丝制备纤维素基碳纤维的方法及其在锂离子电池中的应用，201611188931.4，杭州君度专利代理事务所.研究成果（1）样品产量较少，表征及应用研究受到影响；（2）需要制备大量