高碘酸钠选择性氧化亚麻纤维研究

赵 兵，张 燕，林 红，陈宇岳

（1.苏州大学 图书馆，江苏 苏州 215021；2.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021）

高碘酸钠选择性氧化亚麻纤维研究

赵 兵1，张 燕2，林 红2，陈宇岳2

（1.苏州大学 图书馆，江苏 苏州 215021；2.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021）

采用高碘酸钠对亚麻纤维进行选择性氧化，研究了氧化亚麻纤维的结构和性能.结果表明：高碘酸钠选择性氧化亚麻纤维后生成活性醛基，随着氧化程度的加深，纤维表面变得粗糙，结晶度和断裂强度下降，断裂伸长率先降低后升高.

高碘酸钠；选择性氧化；亚麻纤维；纤维结构；纤维性能

纤维素经高碘酸钠选择性氧化后，可在葡萄糖残基不同位置上生成活性醛基，这不仅改变了纤维素的结构，赋予氧化纤维素许多新的功能，同时利用活性醛基可生成众多纤维素衍生物，对纤维素进行功能化改性，大大拓展了纤维素的应用范围.目前，氧化纤维素在功能材料、生物和医药等领域应用广泛，并逐渐扩展到纺织领域.国内外对二醛纤维素的制备及性能进行了大量深入的研究[1-7]，如研究二醛纤维素在热水中的稳定性[8]、超声波中的氧化性[9]以及氧化纤维素衍生物的结构与性能[10].本文在此基础上研究高碘酸钠选择性氧化亚麻纤维的结构和性能.

1 实验部分

1.1 材料与仪器

实验所用材料包括：经过煮练和漂白的亚麻纱线（27.8 tex）；实验所用高碘酸钠和丙三醇均为AR级.

实验所用仪器包括：Nicolet 5700型红外光谱仪，S-570型扫描电子显微镜，D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪，YG020A型电子单纱强力仪.

1.2 氧化亚麻纤维的制备

将亚麻纱线置于一定浓度的高碘酸钠溶液中，在一定温度下持续搅拌避光氧化一定时间，然后将反应后的亚麻纱线于0.1 mol/L丙三醇溶液中浸泡30 min，以除去未反应的高碘酸钠，再用去离子水充分洗涤后，自然晾干.

1.3 性能测试

（1）傅立叶红外光谱分析：采用Nicolet 5700型红外光谱仪进行分析.将样品剪成粉末，采用KBr压片法于恒温20℃、湿度65%条件下测试.扫描次数为32次，分辨率为4 cm-1.

（2）SEM分析：采用S-570型扫描电子显微镜进行分析.取一小束亚麻纤维样品置于铜制样品台上，用双面胶贴牢，喷金后置于扫描电子显微镜的载物台上观察.

（3）X射线衍射测试：采用D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪进行测试.将亚麻纤维样品剪成粉末，管电压40 kV，管电流30 mA，扫描速度2°/min，2θ从5°～45°进行扫描，得到X射线衍射强度Ⅰ-2θ曲线.再用Peakfit软件对亚麻纤维样品的X射线衍射曲线进行拟合分峰，根据分峰的结果计算出纤维素的结晶度参数.结晶度根据下面的公式计算：

式中：Xc为结晶度；Ac为结晶峰的面积；Aa为非结晶峰的面积.

（4）强伸力测试：采用YG020A型电子单向强力仪进行测试.工作长度250 mm，预张力0.05 cN/dtex，拉伸速度250 mm/min.

2 结果与讨论

2.1 反应原理

高碘酸钠选择性氧化纤维素，可切断纤维素葡萄糖环节中的C2-C3化学键，选择性地将C2和C3位上两个邻近的羟基氧化为醛基，得到2，3-二醛基纤维素[11]，亚麻纤维经高碘酸钠选择性氧化反应方程式如图1所示.

2.2 亚麻纤维微观形态分析

亚麻纤维经不同条件氧化后的扫描电镜照片如图2所示.

由图2可以看出，普通亚麻纤维的纵向表面比较光洁，裂纹很少.轻度氧化时（图b），亚麻纤维表面没有明显变化.而随着氧化剂浓度的增大和氧化时间的延长，纤维表面变得粗糙，出现了细小裂纹和不同深浅的纵向侵蚀条纹.说明高碘酸钠对亚麻纤维弱结构具有侵蚀和剥离作用，而且随着氧化程度的增加，侵蚀和剥离作用加剧.

2.3 X射线衍射分析

图3为氧化亚麻纤维的X射线衍射曲线图谱，其中氧化温度均为45℃，氧化时间均为5 h.

由图3中可以看出，各样品的X射线衍射峰的峰形相似，说明经高碘酸钠有限氧化后不会引起亚麻纤维内部微细结构本质上的改变，但各结晶峰的强度随着氧化程度的加深不断减弱.用Peakfit分峰软件拟合分峰后得出不同氧化程度亚麻纤维的结晶度数据，如表1所示.

表1 不同浓度高碘酸钠氧化亚麻纤维的结晶度Tab.1 Crystallinity of linen fibers oxidized by sodium periodate with different concentrations

由表1中数据可以看出，随着氧化剂浓度的增加，亚麻纤维的结晶度不断下降.这是因为纤维素经高碘酸钠氧化时，随着氧化剂浓度增加，亚麻纤维大分子链中被打开的失水葡萄糖环数目增加，且纤维素的氧化降解反应也逐步加剧，破坏了纤维素分子中原有的大量氢键结合，分子间力被削弱，使纤维素大分子从高度有序排列变成无序排列，晶区部分产生剥离溶解，造成亚麻纤维的结晶度减小.

2.4 力学性能分析

图4为高碘酸钠浓度与氧化亚麻纤维断裂强度的关系曲线图.

由图4可以看出，随着高碘酸钠浓度的提高，氧化亚麻纱线的断裂强度不断降低.这是由于高碘酸钠氧化亚麻纤维过程中，纤维素大分子的葡萄糖环被不断打开和大分子之间的规整排列被破坏，从而导致亚麻纤维的断裂强度不断降低.

图5为高碘酸钠浓度与氧化亚麻纤维断裂伸长率的关系图.

由图5可以看出，随着高碘酸钠浓度的提高，氧化亚麻纱线的断裂伸长率先降低后升高.氧化亚麻纱线断裂伸长率升高是由于氧化程度加深后，纱线收缩卷曲产生了弹性的缘故.

3 结 论

（1）高碘酸钠选择性氧化后亚麻纤维分子的葡萄糖基环上生成了活性醛基；

（2）采用高碘酸钠对亚麻纤维进行选择性氧化后，亚麻纤维表面产生剥损条痕；

（3）高碘酸钠选择性氧化亚麻纤维时，随着氧化程度的加深，亚麻纤维的结晶度不断降低；

（4）随着氧化程度的加深，亚麻纤维的断裂强度逐渐降低，断裂伸长率先降低后升高.

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Research of selective oxidation of linen fiber with sodium periodate

ZHAO Bing1，ZHANG Yan2，LIN Hong2，CHEN Yu-yue2
（1.Library，Soochow University，Suzhou 215021，China；2.College of Textile and Clothing Engineering，Soochow University，Suzhou 215021，China）

The structure and properties of linen fiber oxidized selectively by sodium periodate are studied.The results show that the oxidation of linen fiber with sodium periodate yields dialdehyde group.With enhancement of the degree of oxidation，the surface of linen fiber becomes coarse，crystallinity and breaking strength decrease，and breaking elongation decreases firstly and increases afterwards.

sodium periodate；selective oxidization；linen fiber；fiber structure；fiber property

book=4,ebook=134

TS102.221；TS102.1

A

1671－024X（2010）04－0061－03

2010-03-25

赵 兵（1984—），男，助理馆员，硕士.

陈宇岳（1962—），男，教授，博士生导师．E-mail：chenyy@suda.edu.cn