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1、壳聚糖在1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐中的溶解和流变性能研究 徐纪刚 孙玉山 朱庆松 李晓俊 程春祖 生物源纤维制造技术国家重点实验室，中国纺织科学研究院，北京，100025 联系方式： 010-65987268 ，,一前言 二离子液体EMIM.Ac的合成 三壳聚糖在EMIM.Ac 中的溶解 四壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能 五壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的动态流变性能 六结论,目录,1.壳聚糖 1）作为甲壳素的脱乙酰化产物，在自然界存量丰富。甲壳素年生物合成量达100亿吨以上。 2）具备天然高分子材料的可再生、可生物降解、无毒性等特性。 3）具备特殊功能性，如广谱抗菌性、除臭性、保
2、湿、生物可吸收性、生物相容性、免疫促进活性等。 4）分子间和分子内存在较强的氢键和具有较高的结晶度，使其在大多数溶剂中不溶解，其应用开发受到限制。,前言,前言,2.离子液体 室温离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的，在室温或室温附近呈液体状态的盐类，简称离子液体。具有以下特性： 1）熔点低于或接近室温，呈液态温度范围宽； 2）蒸气压低，几乎不挥发； 3）良好的溶解特性，对很多物质都表现出良好的溶解能力； 4）较好的热稳定性和化学稳定性； 5）无着火点且不易燃烧； 6）可循环使用，回收容易等。,前言,两步法合成：,离子液体EMIM.Ac的合成,从以上可以看到，我们选用的原料为常见的化工
3、原料，且工艺易于实现规模化合成。,离子液体EMIM.Ac的合成,图1 EMIM.Ac的1H-NMR谱图（CDCl3为溶剂）,表2 壳聚糖在EMIM.Ac离子液体中的溶解,壳聚糖在EMIM.Ac 中的溶解,由表2可知， EMIM.Ac对壳聚糖具有较强的溶解能力，其溶解能力随温度升高而增大，随壳聚糖分子量增大而减小，其溶解浓度达到了一般成纤聚合物溶液纺丝的要求。,壳聚糖在EMIM.Ac离子液体中的溶解机理：,壳聚糖在EMIM.Ac 中的溶解,壳聚糖在EMIM.Ac离子液体中的溶解过程：,壳聚糖在EMIM.Ac 中的溶解,图2 壳聚糖在EMIMAc中溶解的偏光显微镜照片(200),室温（21），0m
4、in,80，6min,80， 27min,80，60min,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能,1.壳聚糖分子量对溶液流变性能的影响,图3 不同分子量壳聚糖/EMIM.Ac溶液的流动曲线,随着壳聚糖分子量的增大，溶液流体行为越偏离牛顿流体特征；相同剪切速率下，其表观粘度增大。,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能,2.壳聚糖浓度对溶液流变性能的影响,图4 不同浓度壳聚糖/EMIM.Ac溶液的流变曲线,随着壳聚糖浓度的增加，溶液的表观粘度增加；溶液由牛顿性流体逐渐转变为假塑性流体。壳聚糖浓度3%时，溶液呈牛顿性流体特征。,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能,3.温度对壳聚糖
5、/ EMIM.Ac溶液流变性能的影响,图5 不同温度下壳聚糖/EMIM.Ac溶液的流变曲线,溶液表观黏度随温度升高而下降。溶液加工成形过程中，温度太低，流动性差，温度太高易于降解，一般加工温度选80-90。,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能,4.壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的流动活化能 根据lg=lgA+E /2.303RT计算其流动活化能 表3. 溶液浓度为8%的不同剪切速率下的流动活化能,随着剪切速率的增大，溶液的流动活化能显著降低。因此，当剪切速率越低时，溶液粘度受温度的影响越大 。,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能,5.壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的非牛顿指数 表4
6、 不同浓度和温度壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的非牛顿指数变化,浓度为3%溶液的非牛顿指数几乎接近1，即呈现牛顿流体特征。随着浓度提高，溶液非牛顿指数降低。,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的稳态流变性能,6. 壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的结构粘度指数 结构粘度指数可以表征纺丝溶液的结构化程度，和可纺性相关，根据=-(dlga/d0.5)100计算。 表5 壳聚糖/EMIM.Ac溶液的结构粘度指数,随着温度的升高而显著下降，随着浓度的增大而增大。,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的动态流变性能,图6 不同温度下的动态频率扫描,壳聚糖/ EMIM.Ac溶液的动态流变性能,表6 不同温度下的特征模量和特征
7、频率,动态流变结果表明，溶液的储能模量和损耗模量随着温度的升高而下降，储能模量与损耗模量存在一个交叉点，该交叉点随着温度升高向高频区移动。,结论,1. EMIM.Ac选用的原料易得，易于实现规模化合成。 2. EMIM.Ac对壳聚糖具有良好的溶解能力，其对壳聚糖溶解能力随温度升高而增大，随壳聚糖分子量增大而减小，溶解浓度也达到了成纤聚合物溶液纺丝的要求。 3. 稳态流变结果表明，低分子量壳聚糖/EMIMAc溶液的质量浓度在3%以下时呈牛顿性流体特征，高于此浓度为假塑性流体；溶液的黏度、结构黏度指数随着温度升高而降低；在同一浓度下，溶液黏度随壳聚糖分子量增大而增加，溶液的恒剪切活化能随着剪切速率的增大而降低。 4. 动态流变结果表明，溶液的储能模量和损耗模量随着温度的升高而下降，储能模量与损耗模量存在一个交叉点，该交叉点随着温度升高向高频区移动。,谢谢大家！,
