干燥处理对再生纤维素膜性能的影响研究(2)
2 结果与分析
2.1 干燥处理对再生纤维素膜透光性能的影响
图1所示为不同干燥条件下的再生纤维素膜照片。从图1可以看出,无论是恒温恒湿干燥、常压干燥还是真空干燥等方式都可以使再生纤维素膜具有极高的透明度。透过再生纤维素膜可以清晰地观察到下面的图案和文字,且再生纤维素膜也展现了良好的表观性能。这表明当干燥处理的温度从23℃提高到40℃,甚至80℃,再生纤维素膜仍然能够维持良好的表观形态和透明度,干燥温度一定范围内的提高对再生纤维素膜表观形态的影响较小,因此在不影响其他性能的条件下,可以提高处理温度以达到快速干燥的目的。此外,图1中再生纤维素膜能够褶皱放置,表明再生纤维素膜具有优异的柔韧性能。
图2所示为不同干燥条件下再生纤维素膜的透光率。从图2可以看出,在恒温恒湿条件下,再生纤维素膜的透光率在85%以上。通过加热方式脱水可以 显著提高再生纤维素膜的透光率,常压干燥或者真空干燥处理后再生纤维素膜的透光率都超过了90%,远远高于恒温恒湿条件下再生纤维素膜的透光率。
图3所示为波长550 nm处不同干燥条件下再生纤维素膜的透光率。从图3可以看出,恒温恒湿下再生纤维素膜的透光率为91.3%,真空40℃和常压40℃时,再生纤维素膜的透光率分别提高到96.7%和96.1%,继续提高加热温度至80℃,再生纤维素膜的透光率反而均降低到95%左右。结果表明,加热处理可以提高再生纤维素膜中水分的去除速率,导致再生纤维素膜内部氢键的大量结合,即纤维素的角质化作用,从而减少纤维素分子链之间的空隙,降低光线在再生纤维素膜内部的光散射现象,从而诱发更多的光线穿过纤维素膜,最终提高再生纤维素膜的透光率。当加热温度为80℃时,温度过高水分子蒸发过快,纤维素分子的梳理程度较低,可能会导致内部纤维素分子排列不均匀,反而影响光线的透过程度,降低再生纤维素膜的透光率。因此加热处理可以快速蒸发水分子,形成高度角质化的再生纤维素膜,降低再生纤维素膜内部纤维素分子链间的空隙[18-19],最终提高再生纤维素膜的透光率,但加热温度不宜过高。
图1 不同干燥条件下再生纤维素膜的照片
图2 不同干燥条件下再生纤维素膜的透光率
图3 波长550 nm处不同干燥条件下再生纤维素膜的透光率
2.2 干燥处理对再生纤维素膜形态结构的影响
图4所示为不同干燥条件下再生纤维素膜的厚度。从图4可以看出,恒温恒湿干燥条件下可以制备微米级别的纤维素膜,其厚度仅仅为22μm,提高处理温度可以进一步降低再生纤维素膜的厚度。当温度为40℃时,真空干燥条件下再生纤维素膜的厚度为18 μm,而常压干燥条件下再生纤维素膜的厚度为15 μm;当温度为80℃时,真空干燥条件下纤维素膜的厚度为14μm,而常压干燥条件下纤维素膜的厚度仅为10μm。冯劲等人[19]的研究表明加热干燥处理可以使热空气直接与纤维素接触,水分子快速蒸发,导致纤维分子间的间距减小,最终形成致密的纤维堆积,强化再生纤维素膜内部分子间的氢键结合,从而可以大幅度降低再生纤维素膜的厚度。温度越高,这种强化作用越明显。由于在真空负压条件下,水分子的沸点降低,水分子更加容易从再生纤维素膜内部蒸发而微弱影响纤维素分子的状态,对纤维素分子间角质化程度的影响作用也降低,因此在真空条件下加热处理降低再生纤维素膜厚度的作用效果会低于常压加热干燥的作用效果,即相比于真空干燥,常压干燥方式可以产生更薄的再生纤维素膜。
加热干燥处理提高了水分子的蒸发速率和效果,不仅可以影响再生纤维素膜的厚度,而且也能够影响再生纤维素膜的表面粗糙度。图5所示为不同干燥条件下再生纤维素膜的表面粗糙度。从图5可以看出,恒温恒湿干燥条件下再生纤维素膜的表面粗糙度为26 nm;加热处理可以明显降低再生纤维素膜的粗糙度,40℃的真空干燥条件下再生纤维素膜粗糙度为22 nm,40℃的常压干燥条件下再生纤维素膜的粗糙度为17 nm。与再生纤维素膜厚度的变化趋势类似,再生纤维素膜的粗糙度也随着干燥温度的进一步提升而降低,最终80℃的常压干燥能够制备表面非常光滑的再生纤维素膜,其表面粗糙度仅仅为13 nm。此外维持较高的干燥压力,也可以进一步降低再生纤维素膜的粗糙度,提高再生纤维素膜的表面平整度。
图4 不同干燥条件下再生纤维素膜的厚度
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/qikandaodu/2020/1109/358.html