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天然纤维素纤维对油液介质的吸附性能研究

作　者: 孙向玲
导　师: 徐广标；王府梅
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 棉纤维木棉纤维香蒲绒纤维亚麻纤维接触角表面自由能影响因素测试方法
分类号: TQ352
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于天然纤维具有吸油能力强、资源丰富、廉价、易得、可再生、可生物降解等优点,近年来在吸油领域的应用越来越广泛。本课题以棉纤维、木棉纤维、香蒲绒纤维和亚麻纤维为研究对象,测试评价天然纤维的吸附特性,揭示影响该类纤维吸附油液的因素,同时为纤维吸附特性测试提供方法上的指导。论文主要做了四个方面的工作：(1)纤维与不同液体的接触角测试利用OCA15EC光学接触角测量仪测试了棉、木棉、香蒲绒和亚麻纤维分别与水、机油、废油和色拉油的静态接触角以及油液在纤维表面的动态铺展过程。研究发现,除了亚麻纤维外,棉、木棉和香蒲绒纤维均为优良的疏水亲油性纤维,与水的静态接触角大于130.00°,与机油、废油和色拉油的静态接触角均小于60.0°；亚麻纤维表现出亲水亲油特性,其与水和3种油液的接触角均小于50.0°。研究还表明,除亚麻纤维外,棉、木棉和香蒲绒纤维与水的接触角不随时间变化,四种纤维与油液接触时,其接触角瞬间快速变化,利用指数式衰减函数得到纤维与油液的接触角随时间变化的拟合方程。(2)纤维表面自由能计算利用OCA15EC光学接触角测量仪测试了棉、木棉、香蒲绒和亚麻纤维与水、乙二醇和二碘甲烷的接触角,以几何平均接触角法为理论依据,利用测试仪器自带软件计算4种天然纤维素纤维的表面自由能及其极性和非极性分量。结果发现,4种纤维素纤维的表面自由能差异不大,均为50.00 mN/m左右,其中,棉、木棉和香蒲绒纤维表面自由能中的非极性分量远远大于极性分量,而亚麻纤维的极性分量略微大于非极性分量。(3)纤维吸附性能的影响因素利用JSM-5600LV扫描电子显微镜、Labomed光学显微镜、X射线衍射仪和索氏提取法观察测试棉、木棉、香蒲绒和亚麻纤维的形态结构、结晶度和蜡质含量,利用SNB-2数字旋转黏度计和DCAT11表面张力/动态接触角测量仪测量了粘度、表面张力等液体特性。研究表明,棉纤维的中腔以及纵向天然转曲,木棉纤维天然高中空结构,香蒲绒纤维内竹节结构,以及亚麻纤维表面类竹节形态及中腔结构,都为4种纤维吸附油液提供了通道和储油的空间；棉、木棉、香蒲绒和亚麻纤维的结晶度分别为68.00%、32.70%、45.41%和66.12%,香蒲绒和木棉纤维的低结晶度、大无定形区为液体能够顺利进入纤维内部提供了条件；棉、木棉、香蒲绒和亚麻纤维的蜡质含量分别为0.60%、0.80%、10.64%和2.26%,表面蜡质含量是决定纤维表面亲油疏水性的重要因素；4种纤维表面自由能中较大的非极性分量决定着其对油液有很好的吸附性；就油液介质而言,纤维与油液的接触角随着油液表面张力降低,其静态接触角不断变小,而油液在纤维表面的动态铺展速度随着油液黏度增大,铺展速度变慢。(4)纤维接触角测试方法比较分析利用OCA15EC光学接触角测量仪和DCAT11动态接触角测量仪,分别采用纤维铺片法、悬滴测量法、动态接触角测量法测试4种纤维与水、机油、废油和色拉油的接触角并对其结果进行比较分析。结果表明：三种方法均能较好地测试4种纤维与油液的接触角,但不同方法之间有一定差异,铺片法适用于各种试样,但对纤维制样要求较高,要求将纤维制成均匀的片状材料；悬滴法一般只适用于亲液性纤维,由于单根纤维较细,实验操作较困难；动态接触角测量法的稳定性较好,但此法需要知道纤维的横截面积与周长,且适用于硬度较大、横截面较规则的纤维；通过Washburn方法测试木棉纤维的毛细常数发现,木棉纤维的毛细常数变异较大,利用此方法测定纤维接触角有待近一步探讨。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-13
第一章绪论  13-21
  1.1 背景和意义  13-14
  1.2 研究历史与现状  14-20
  1.3 本课题的研究内容和方法  20-21
第二章天然纤维素纤维与油液介质的接触角测试与评价  21-47
  2.1 实验准备  21-24
  2.2 静态接触角测试  24-25
  2.3 动态铺展过程测试  25-26
  2.4 结果与讨论  26-46
  2.5 本章小结  46-47
第三章纤维素纤维表面自由能的计算  47-56
  3.1 实验材料  47
  3.2 4种纤维与不同极性液体的接触角测试  47-50
  3.3 纤维表面自由能的理论依据  50-51
  3.4 4种纤维表面自由能的计算结果  51-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章天然纤维素纤维吸附性能影响因素分析  56-65
  4.1 纤维形态结构  56-59
  4.2 纤维的结晶度  59-61
  4.3 纤维的表面蜡质  61-62
  4.4 纤维的表面自由能  62
  4.5 液体的特性  62-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章接触角测试方法的比较分析  65-80
  5.1 实验材料  65
  5.2 铺片法  65
  5.3 悬滴法  65-69
  5.4 动态法  69-74
  5.5 3种测试方法的比较  74-77
  5.6 关于Washbum方法测试毛细常数的探讨  77-79
  5.7 本章小结  79-80
第六章结论与展望  80-83
  6.1 结论  80-82
  6.2 展望  82-83
参考文献  83-87
附录  87-105
攻读学位期间发表的论文  105-106
致谢  106-107
学位论文修改说明  107

天然纤维素纤维对油液介质的吸附性能研究

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