干燥处理对再生纤维素膜性能的影响研究(3)
图5 不同干燥条件下再生纤维素膜的表面粗糙度
图6 不同干燥条件下再生纤维素膜的拉伸强度
2.3 干燥处理对再生纤维素膜机械强度性能的影响
再生纤维素膜的干燥处理,可以调整纤维素分子链的状态和位置,提升纤维素分子间的结合,最终生产出高强度的再生纤维素膜。图6所示为不同干燥条件下再生纤维素膜的拉伸强度。从图6可以看出,即恒温恒湿干燥条件下,再生纤维素膜的拉伸强度为37 MPa。升温干燥处理,可以提升再生纤维素膜的拉伸强度,40℃时再生纤维素膜的拉伸强度分别提升至真空干燥条件下的54 MPa和常压干燥条件下的65 MPa;80℃时再生纤维素膜的拉伸强度分别进一步提升为真空干燥条件下的87 MPa和常压干燥条件下的122 MPa,拉伸强度分别为恒温恒湿干燥条件下再生纤维素膜拉伸强度的2.4倍和3.3倍。
刘洋等人[20]采用两种离子液体 ( [Emim]Ac和[Bmim]Cl)溶解聚合度为360和656的棉浆,经40℃真空干燥后纤维素膜的拉伸强度分别为39.15 MPa和94.55 MPa,断裂伸长率分别为4.2%和5.81%。图7所示为不同干燥条件下再生纤维素膜的断裂伸长率。从图7可以看出,加热处理降低了再生纤维素膜的断裂伸长率,从恒温恒湿干燥条件下的3.5%下降到40℃真空干燥条件下的3.4%和40℃常压干燥条件下的2.8%,以及80℃真空干燥条件下的3.2%和80℃常压干燥条件下2.6%。结果表明,采用加热干燥处理可以调整纤维素分子链的排列位置,达到致密排列的结合效果,极大提升再生纤维素膜内部的氢键结合强度,从而促使再生纤维素膜可以承受更强的拉伸力。但另一方面,致密的结合也限制了再生纤维素膜内部分子链的自由移动,因此再生纤维素膜的断裂伸长率随着降低。同时因为常压加热干燥可以导致比真空加热干燥更加紧致的纤维素结构,因此其制备的再生纤维素膜也具有更低的断裂伸长率。
加热干燥处理可以提升再生纤维素膜的拉伸强度,相应的也能够提高再生纤维素膜的杨氏弹性模量。图8所示为不同干燥条件下再生纤维素膜的杨氏弹性模量。从图8可以看出,恒温恒湿干燥条件下再生纤维素膜的杨氏弹性模量仅仅为0.33 GPa,而通过真空干燥或者常压干燥后再生纤维素膜的杨氏弹性模量得到大幅度提升,真空干燥后再生纤维素膜的杨氏弹性模量分别提升至40℃的0.48 GPa和80℃的0.62 GPa;常压干燥后再生纤维素膜的杨氏弹性模量分别提升至40℃的1.02 GPa和80℃的1.31 GPa,分别为恒温恒湿干燥条件下的3.1倍和4倍。
图7 不同干燥条件下再生纤维素膜的断裂伸长率
图8 不同干燥条件下再生纤维素膜的杨氏弹性模量
3 结 论
再生纤维素膜的性能是决定其应用的关键因素。本研究探讨了利用加热升温的干燥处理制备高强度和高透明度的再生纤维素膜。
3.1 提高干燥温度和干燥压力能够强化纤维素分子链间的结合,形成致密结构的再生纤维素膜。分别在恒温恒湿和80℃、0.1 MPa的常压干燥条件下处理,波长550 nm处再生纤维素膜的透光率从91.3%提升至95%左右。
3.2 干燥处理能够优化再生纤维素膜的形态结构,降低再生纤维素膜的厚度,提高再生纤维素膜的表面平整度。在不同的干燥条件下处理,再生纤维素膜的厚度从恒温恒湿干燥条件的22μm下降到80℃和0.1 MPa常压干燥条件的10μm,再生纤维素膜的表面粗糙度从恒温恒湿干燥条件的26 nm下降到80℃和0.1 MPa常压干燥条件的13 nm。
3.3 干燥处理能够强度再生纤维素膜的机械强度性能,80℃和0.1 MPa的干燥条件处理可以制备拉伸强度为122 MPa和杨氏弹性模量为1.31 GPa的再生纤维素膜。
[1] LIShi,CHENGYutong,HUANGFang,et al.Preparation of Nanofiltration Membrane Based on Cross-linked Modification of Regenerated Cellulose and Its Study on Inorganic Salt Retention Performance[J].China Pulp & Paper,2018,37(3):1.李 诗,程雨桐,黄 方,等.再生纤维素基交联改性纳滤膜的制备及对无机盐截留性能的研究[J].中国造纸,2018,37(3):1.
[2] HE Liang,CHAI Xinsheng.The Historical Evolution and Research Situation of the Dissolution Processes of Cellulosic Fibers[J].Paper Science& Technology,2017(4):35.何 亮,柴欣生.纤维素纤维溶解体系的历史沿革及研究进展[J].造纸科学与技术,2017(4):35.
[3] TONG Xiantao,ZHONG Xuan,HE Xiaoyun,et al.Cellulose Film Preparation and Properties Research[J].Polymer Bulletin,2013(10):151.童贤涛,钟 璇,何小云,等.纤维素膜的制备及性能研究[J].高分子通报,2013(10):151.
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/qikandaodu/2020/1109/358.html