粘膠纖維的制備及其性能的研究

呂文杰

摘要：粘膠纖維是以溶解漿或者棉漿為基本原料，經(jīng)過纖維素磺酸酯溶液紡制而成的再生纖維素纖維。本文對陰離子改性粘膠纖維的制備及吸附性能進行了研究。

關(guān)鍵詞：粘膠纖維；陰離子；吸附性能

引言

粘膠纖維采用木漿或棉漿為原料，產(chǎn)品具有良好吸濕性、透氣性、廢棄物能很快降解等特性，特別適合做無紡衛(wèi)生材料。但由于其存在濕強力低、染色牢度差、色澤不鮮艷等方面的不足。因此，要改進粘膠纖維的缺點或拓展新的應(yīng)用性能，必須對其進行化學(xué)改性研究。

1.實驗部分

1.1試劑儀器

粘膠纖維（工業(yè)級），某集團；氯乙酸鈉（ClCH2COONa）、氫氧化鈉（NaOH）、次甲基藍（C16H18ClN3S3H3O）、鹽酸（HCl）、乙醇（C2H5OH），均為分析純，某公司。

掃描電子顯微鏡（JSM-6390A型），日本電子公司；傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR920），某公司；UV/Vis分光光度計（Lambda型），美國PE公司；恒溫磁力攪拌器（85-2型），某電器有限公司；電子分析天平（FA1004），某天平儀器廠；DZG-401電熱真空干燥箱（某儀器公司）；調(diào)速電動攪拌器（D-971型），某儀器有限公司。

1.2實驗原理

粘膠纖維分子鏈上具有可以進行反應(yīng)的羥基，在氫氧化鈉的催化下，可以和氯乙酸鈉發(fā)生反應(yīng)，生成陰離子改性粘膠纖維，反應(yīng)原理如下：

（1）活化反應(yīng)：粘膠纖維中存在多個羥基，在強堿條件下，粘膠纖維會充分的溶脹，分子結(jié)構(gòu)中的羥基與氫氧化鈉反應(yīng)生成羥基負離子活性中心。

（2）醚化反應(yīng)：粘膠纖維形成活性中心以后，氯乙酸鈉可以與粘膠纖維發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成陰離子改性粘膠纖維。陰離子化過程：

1.3實驗過程

1.3.1陰離子改性粘膠纖維的制備

稱取粘膠纖維2.76g放入250mL燒杯中，加入150mL蒸餾水，再加入3.3g配制好的10%的氫氧化鈉溶液，充分溶脹，攪拌至均勻，然后加入1.1g氯乙酸鈉，攪拌至完全溶解，升溫至70℃反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后先用3%的鹽酸中和到中性，然后用乙醇水溶液洗滌3遍，真空烘干，稱重。

1.3.2陰離子改性粘膠纖維的吸附性能測定

取配制好的不同濃度的次甲基藍15mL，每個試劑瓶中放入1g烘干的陰離子改性粘膠纖維，使其充分浸入溶液中。靜置24h過濾取清液，觀察顏色的變化，并對原液和過濾后的清液進行紫外光譜分析測定其吸附性能。

1.4測試與表征

1.4.1陰離子改性粘膠纖維的形貌分析

取未改性的粘膠纖維和制備的陰離子改性粘膠纖維，利用掃描電子顯微鏡（JSM-6390A 型，日本電子公司）觀察其形貌。

1.4.2陰離子改性粘膠纖維的紅外分析

取未改性的粘膠纖維和制備的陰離子改性粘膠纖維，研碎成粉末，與KBr壓成薄片，采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR920，某公司）進行紅外分析。

1.4.3陰離子改性粘膠纖維的吸附性能分析

取未改性的粘膠纖維和陰離子改性粘膠纖維吸附次甲基藍染料溶液，過濾后用Lambda型UV/Vis分光光度計測試樣品吸附的性能。

2.結(jié)果與討論

2.1陰離子改性粘膠纖維最佳制備工藝的確定

采用單因素實驗法，固定粘膠纖維2.76g，1.1g氯乙酸鈉（以粘膠纖維的40%計），次甲基藍的濃度1.15×10-5mol/L，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和氫氧化鈉加入量對陰離子改性粘膠纖維吸附次甲基藍性能的影響。

2.1.1反應(yīng)溫度對陰離子改性粘膠纖維吸附性能的影響

在150mL圓底燒瓶中加入2.76g粘膠纖維，再加入3.3g配好的10%氫氧化鈉溶液，攪拌均勻，然后加入1.1g氯乙酸鈉，加入50mL水，保溫反應(yīng)1h 至反應(yīng)結(jié)束，分別考察30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃條件下制得的陰離子改性粘膠纖維的吸附性能（如圖1）.

由圖1可以看出，隨著反應(yīng)溫度的逐漸提高，所制得的陰離子改性粘膠纖維的吸附性能先增大后減小，當反應(yīng)溫度達到70℃時，對次甲基藍的吸附性能最好。這是由于反應(yīng)溫度影響反應(yīng)中的分子運動，溫度較低時，粘膠纖維與氯乙酸鈉的醚化反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)效率較低；隨著溫度的升高，分子的熱運動增強，粘膠纖維的鏈段運動也增強，分子間的作用力減弱，有利于氯乙酸鈉向纖維內(nèi)部的擴散反應(yīng)；當反應(yīng)溫度過高時，副反應(yīng)加劇，導(dǎo)致醚化反應(yīng)效率降低。

2.1.2反應(yīng)時間對陰離子改性粘膠纖維吸附性能的影響

在150mL圓底燒瓶中加入2.76g粘膠纖維，再加入3.3g配好的10%氫氧化鈉溶液，攪拌均勻，然后加入1.1g 氯乙酸鈉，加入50mL 水，70℃保溫反應(yīng)，分別考察反應(yīng)0.5h、1h、2h、3h、4h、5h條件下制得的陰離子改性粘膠纖維的吸附性能（如圖2所示）。

由圖2可以看出，在開始階段，隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品的吸附性能幾乎成線性增加，當反應(yīng)時間達到1h時，所得產(chǎn)品的吸附性能最好。這是由于粘膠纖維作為高分子化合物，具有一定的結(jié)晶度，反應(yīng)時間過短，小分子氯乙酸鈉與粘膠纖維滲透反應(yīng)不充分，效率較低，隨著反應(yīng)時間的延長，氯乙酸鈉逐漸擴散到纖維的內(nèi)部，同時未反應(yīng)的羥基較多，反應(yīng)效率逐漸增加，吸附性能逐漸增強；反應(yīng)超過1h后，隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品的吸附性能反而下降，這是由于反應(yīng)時間過長，堿催化劑易導(dǎo)致陰離子改性粘膠纖維發(fā)生降解等副反應(yīng)。

2.2陰離子改性粘膠纖維的表征

2.2.1陰離子改性粘膠纖維的紅外表征

圖4為陰離子改性粘膠纖維的紅外分析譜圖。由圖4可見，譜圖在3400cm-1處出現(xiàn)了強的—Oh伸縮振動吸收峰；2928cm-1處的峰主要是纖維葡萄糖單元中的C—h 伸縮的吸收峰；1650cm-1附近處是C═ O伸縮振動峰，說明陰離子改性反應(yīng)成功引入了羧甲基；1010～1160cm-1連續(xù)出現(xiàn)了一系列吸收峰，這是醚類C—O—C的伸縮震動峰，證明發(fā)生醚化反應(yīng)后生成了更多醚鍵。

2.2.2陰離子改性粘膠纖維的SEM 表征

圖5為粘膠纖維和陰離子改性粘膠纖維的掃描電鏡圖。從電鏡圖中可以看出，粘膠纖維以纖維束的形式存在，直徑大約在20～30μm，表面光滑，改性前和改性后差別不大，說明陰離子改性過程對粘膠纖維的形貌沒有產(chǎn)生破壞。

2.3陰離子改性粘膠纖維對次甲基藍的吸附

陰離子改性粘膠纖維對次甲基藍的吸附結(jié)果見表1，次甲基藍溶液被改性粘膠纖維吸附前后效果圖見圖6。

由圖6可看出，次甲基藍溶液被陰離子改性粘膠纖維吸附后，顏色變化較為明顯。從表1數(shù)據(jù)中也可以看出，陰離子改性粘膠纖維對次甲基藍的吸附百分比可以達到85%以上，特別是對低濃度次甲基藍的吸附百分比可達到94.4%。這是由于次甲基藍為陽離子型染料，而陰離子改性粘膠纖維由于羧甲基基團的引入，使改性粘膠纖維中含有一定數(shù)量的陰離子性基團，所以對次甲基藍溶液展現(xiàn)了良好的吸附效果。

3.結(jié)論

綜上所述，本文通過采用單因素實驗法考察了陰離子改性粘膠纖維的合成條件，得出了最佳反應(yīng)條件：固定粘膠纖維2.76g，氯乙酸鈉的加入量1.1g，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時間1h，10%的堿液的加入量3.3g。同時吸附實驗結(jié)果表明：陰離子改性粘膠纖維對次甲基藍溶液吸附效果優(yōu)良，吸附效率最高可達94.4%。

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