《机械强度》
作为自然界中含量最为丰富且来源广泛的再生资源之一，纤维素具有可降解、可再生、生物相容以及绿色无污染等一系列独特的优异性能［1-3］。同时伴随着地球上化石资源的消耗短缺，以及人们对环境问题的日益关注，环境友好型的纤维素基材料已经成为世界各国主流行业的研究热点，并被视为下一代的绿色新型材料。纤维素的功能化产品主要包括纤维素纤维［4-5］、微米-纳米纤维素［6-8］以及纤维素膜［9-11］，其中纤维素膜因为其可调的透明度、优异的力学性能和良好的柔韧性而备受关注。
纤维素的溶解再生模式是制备纤维素薄膜的主要手段之一，即纤维素的溶胶-凝胶-干燥过程 (再生纤维素膜)。从化学结构角度分析，纤维素是以D-葡萄糖为基本单元构成的线性链状高分子化合物，每个葡萄糖单元上均含有3个羟基，因此具有优良的亲水性，但是其自身并不能够完全溶解在纯水溶液中，而是需要特殊的溶解体系［2，12］，主要有水相的过渡金属络合物溶解体系 (如铜氨溶液)、碱金属-水溶解体系 (如NaOH-Urea水相体系)、非水相的氯化锂-极性溶剂体系 (如LiCl-DMAc)、离子液体体系和胺氧化物体系 (NMMO)，其中以离子液体体系的溶解性能最佳。离子液体是一种有机阳离子和无机阴离子组成的复合物，它的熔点比较低，在100℃以下就可以呈液体状态 (液态盐类)［2，11］。离子液体具有良好的热稳定性，宽泛的液体温度范围，以及优良的溶剂化性质。离子液体中常见的阳离子有季铵盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，常见的阴离子有氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子和六氟磷酸根离子等［13-14］。离子液体中的阴离子与纤维素链中羟基上的氢原子形成氢键，同时阳离子与纤维素链中羟基上的氧原子发生作用，从而瓦解纤维素分子链之间原有的氢键网络体系，最终破坏纤维素内部的致密结构，并溶解纤维素。
再生纤维素膜自身的结构特性和表观形貌会影响再生纤维素膜具体的应用范围和应用价值。纤维素的溶解过程、再生过程以及后续干燥脱水过程都会影响再生纤维素膜的最终结构性能。前期的研究工作主要集中在如何优化纤维素的溶解过程［15-16］和再生过程［3，17］，而对纤维素凝胶的后续脱水过程研究甚少。因此，本研究以针叶木硫酸盐溶解浆为原料，以离子液体为溶剂，通过纤维素的溶解再生方式制备再生纤维素膜。集中探讨了溶解再生后纤维素水凝胶的干燥处理机制，通过改变脱水过程中的干燥温度和压力，制备了一种高透明度、高强度和表面平整的再生纤维素膜。
1 实验
1.1 实验原料
针叶木硫酸盐溶解浆 (聚合度DP=500，α-纤维素含量≥92%)，福建省青山纸业股份有限公司;离子液体 (［Amim］Cl，纯度99%)，兰州化学物理研究所;去离子水。
1.2 实验设备
DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司;GBC-A4涂布机，韩国GIST公司;DZF-6020真空干燥箱，上海索普仪器有限公司;DHG-9146A电热恒温鼓风干燥箱，上海精密实验设备有限公司;ZQS12-紫外可见分光光度计，美国安捷伦科技公司;KJ-1065电脑式拉压力实验机，东莞市科健检测仪器有限公司;DektakXT台阶仪，布鲁克 (北京)科技有限公司。
1.3 实验步骤
1.3.1 纤维素的溶解
将30 g离子液体倒入三口烧瓶中，油浴加热至90℃，搅拌30 min。称取0.3 g针叶木硫酸盐溶解浆，缓慢加入到离子液体中，继续加热搅拌60 min溶解纤维素。溶解结束后，关闭搅拌器，静置脱泡2 h，备用。
1.3.2 纤维素的再生
采用涂布机在玻璃板上刮涂纤维素溶液形成薄膜，刮涂速率为20 cm/min。待薄膜在空气中放置2 min后，浸入去离子水的凝固浴中制备成凝胶。每10 h更换去离子水凝固浴，重复5次，直至完全置换纤维素凝胶中的离子液体。
1.3.3 纤维素膜的干燥处理
采用不同的干燥方式去除纤维素凝胶中的水分，分别在恒温恒湿环境、鼓风干燥箱和真空干燥箱下制备干态的再生纤维素膜。干燥条件分别为:23℃、50%湿度 (恒温恒湿)和0.1 MPa、40℃和0.1 MPa(鼓风干燥箱)、80℃和 0.1 MPa(鼓风干燥箱)、40℃和－0.1 MPa(真空干燥箱)、80℃和－0.1 MPa(真空干燥箱)。
1.4 再生纤维素膜性能检测
采用紫外可见分光光度计检测再生纤维素膜的透光性能，再生纤维素膜的尺寸为4 cm×4 cm，扫描波长范围为200～800 nm;采用台阶仪检测再生纤维素膜厚度和表面粗糙度，扫描长度500μm，扫描时间15 s，探针压力10 N;采用电脑式拉压力实验机检测再生纤维素膜的强度性能，再生纤维素膜的检测尺寸为100 mm×15 mm，检测间距为50 mm，拉伸速率为5 mm/min。