海藻酸盐水溶液的液晶行为研究及其液晶纺丝探索

Alginate fiber is a kind of naturally environmentally friendly multifunctional fiber material. Spinning efficiency and fiber performance are the key obstacles to industrialization and application expansion of alginate fiber, and liquid crystal spinning is the best choice to solve the two problems simultaneously. In the proposal, the nematic phase of alginate will be obtained induced by Marangoni effect, liquid crystal materials and the electrolyte such three strategies. The effect of a series parameters on the nematic formation of alginate will be systematically investigated, such as the molecular structure of SA(G/M, Mw, MWD), the solutions parameters (electrolyte, composition, ionic strength, pH, temperature）and processing parameters (the mix order), which can be used to clarify the mechanism of liquid crystal formation. The rheology behaviors of alginate nematic phase will be measured and dicussed in order to give some information to facilitate the liquid crystal spinning, which will be explored to spinning high strength SA fiber with high processing efficiency. Implementation of the project will help to develop the spinning technology of marine seaweed polymers. The results obtained will push forward the industrilization of alginate fiber.

海藻纤维是一种纯天然、绿色环保的多功能纤维新材料，纺丝效率和纤维强度是制约其产业化和应用领域扩展的关键因素，而液晶纺丝是改善这两大问题的最佳选择。本项目拟对海藻酸钠（SA）水溶液液晶性进行深入研究，系统考察SA分子结构参数（G/M、分子量、分子量分布）、溶液环境（电解质种类、离子强度、pH、温度），工艺条件（混合次序、挥发速度、冷却速率）等各种因素对SA液晶相形成条件、临界行为、织构等的影响规律，阐明SA水溶液液晶形成机理；系统考察液晶相流变行为及其影响规律，研究液晶形成过程中的分子结构演化机理，探索SA液晶行为与流变行为的关联机制；探索SA 液晶纺丝成型，为绿色高效加工高性能SA纤维提供有效的理论指导。本项目的开展，将有助于实现海藻类高分子纺丝技术的突破，对推动海藻纤维产业化的进程及应用领域的扩展起到重要作用。

海藻酸钠（SA）纤维是一种纯天然、绿色环保的多功能纤维新材料，但由于聚电解质的特性和氢键作用，造成SA水溶液在较低浓度下即形成凝胶，限制了纺丝效率和纤维强度，制约其产业化和应用领域的扩展，而液晶纺丝是改善这两大问题的最佳选择。本项目通过马哥朗尼效应、液晶物质和电解质诱导等作用制备得到SA各向异性凝胶以及SA液晶相，系统考察SA分子结构参数（分子量、分子量分布）、溶液环境（电解质种类、离子强度、pH、温度），工艺条件（混合次序、挥发速度）等各种因素对SA各项异性凝胶与液晶相形成条件、临界行为、织构等的影响规律，阐明SA水溶液液晶形成机理；系统考察液晶相流变行为及其影响规律，研究液晶形成过程中的分子结构演化机理，探索SA液晶行为与流变行为的关联机制；探索了SA 液晶纺丝成型，所得纤维强度由于外加电解质或小分子量SA的存在，目前拉伸强度并没有显著升高，进一步深入研究纺丝工艺有望提高性能，值得提出的是，纺丝过程获得了具有复杂结构的SA纤维。本项目的开展，为绿色高效加工高性能SA纤维提供有效的理论指导，将有助于实现海藻类高分子纺丝技术的突破，对推动海藻纤维产业化的进程及应用领域的扩展起到重要作用。