戊二醛交联改性再生纤维素纤维的研究

徐德增，李 丹，徐 磊

(大连工业大学纺织与材料工程学院，辽宁大连116034)

戊二醛交联改性再生纤维素纤维的研究

徐德增，李 丹，徐 磊

(大连工业大学纺织与材料工程学院，辽宁大连116034)

以氯化1-丁基-3-甲基咪唑离子液体为溶剂对木质纤维素进行溶解并纺丝，得到再生纤维素纤维，再使用戊二醛对再生纤维素纤维进行交联改性，研究其交联改性条件对再生纤维素纤维力学性能的影响。结果表明:经戊二醛交联后，再生纤维素纤维的断裂强度有明显的提高;在戊二醛质量分数为4%，反应温度为50℃，反应时间为30 min的交联条件下，所得再生纤维素纤维的断裂强度为3.2 cN/dtex。

纤维素 再生纤维素纤维 离子液体 戊二醛 交联 力学性能

近年来，随着煤、石油等不可再生资源的短缺，寻找可再生资源以替代原有资源变得迫在眉睫，纤维素的开发与利用日益引起人们的关注。天然纤维素分子间和分子内存在大量的氢键，因此纤维素的加工较为困难［1］。离子液体的出现有望成为纤维素的绿色溶剂，其对纤维素有着优良的溶解能力［2－7］，而且不易挥发，热稳定性好。戊二醛作为织物的抗皱整理剂，有着其特有优势［8］，戊二醛溶液中含有相等数量的半水合物，二水合物和环状半缩醛。1个戊二醛分子和2个醛基，可以和纤维素大分子上的羟基形成半缩醛和缩醛，从而提高织物的回复性能。因此，作者使用离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑(［Bmim］Cl)溶解纤维素，制备再生纤维素纤维，并使用戊二醛对再生纤维素纤维进行交联，研究了戊二醛用量、反应时间、反应温度对再生纤维素纤维力学性能的影响。

1 实验

1.1 原料

木质纤维素:聚合度620，市售;［Bmim］Cl:实验室自制;戊二醛:质量分数为25%，分析纯，上海化学试剂有限公司提供。

1.2 再生纤维素纤维的制备

称取一定质量的木质纤维素加入到盛有离子液体的三口烧瓶中，置于油浴锅中，加热搅拌8 h，配置成质量分数为3%的溶液。经过滤、减压脱泡后，根据干湿法纺丝成形工艺制备纤维素纤维，凝固浴为离子液体和水的混合液［9］，经拉伸、水洗、干燥后，得到再生纤维素纤维。

1.3 纤维的交联处理

分别配置质量分数为2%，4%，6%，8%的戊二醛溶液，将再生纤维素纤维浸没于戊二醛溶液中，在不同温度下进行交联，分别研究不同的交联剂浓度、反应温度以及反应时间下纤维素纤维强度的变化。

1.4 分析测试

采用莱州市电子仪器有限公司的LLY-06电子单纤维强力仪分别测定不同交联程度纤维的强力。测量参数为预加张力0.05 cN，夹持长度10 mm，速度20 mm/min。

2 结果与讨论

2.1 交联剂的浓度

不同浓度的戊二醛对纤维素纤维的断裂强度均有比较明显的影响。从图1可以看出，随着戊二醛浓度的增加，再生纤维素纤维的断裂强度呈先增大后减小的趋势。这是因为戊二醛具有两个活泼醛基，具有很高的活性。戊二醛浓度的增加，使再生纤维素纤维分子链上的羟基与其醛基充分反应，分子链段间的作用力增强，交联度增加，所以纤维力学性能提高。当交联剂戊二醛用量增加到一定值后，交联点密度过大，限制了分子间的滑动，从而宏观上表现出纤维力学性能有所下降，随着交联剂戊二醛用量继续增大，残存于纤维中未反应的交联剂起到了类似于惰性材料的作用，也会使得纤维力学性能降低。当交联剂戊二醛的质量分数为4%时，交联的再生纤维素纤维断裂强度达到最大值，为3.2 cN/dtex。

图1 交联剂浓度对再生纤维素纤维断裂强度的影响Fig.1 Effect of crosslinking agent concentration on breaking strength of regenerated cellulose fiber

2.2 交联反应温度

由图2可看出，随着反应温度的提高，再生纤维素纤维的力学性能逐渐增加。这是因为温度的提高使得再生纤维素分子运动速度增加，促进了反应的进行，所以适当的升高温度能够提高反应速率和反应物质的流动性，提高交联反应的速度。但交联反应的速度有一定的限度，当温度达到一定值时，增加反应温度对纤维力学性能的影响不明显，改性后的纤维断裂强度在50℃附近出现最大值，在该温度下的交联效果最好。

图2 交联反应温度对再生纤维素纤维断裂强度的影响Fig.2 Effect of crosslinking temperature on breaking strength of regenerated cellulose fiber

2.3 交联反应时间

从图3可以看出，随着交联时间的增加，再生纤维素纤维的断裂强度明显增加，当反应时间为30 min时，纤维断裂强度达到最大值，随着反应时间的继续增加，纤维断裂强度反而有所减低，随后趋于平稳。这是因为交联反应刚开始时，随着反应的进行，纤维素分子链上的羟基与交联剂戊二醛的醛基结合增多，分子之间的作用力增大，进而纤维力学性能有所增加。随着反应的继续，分子间的交联链数增加，形成大量的网状结构，纤维间的交联点密度增加，拉伸时产生应力集中，使纤维变脆，导致纤维力学性能下降。

图3 交联反应时间对再生纤维素纤维断裂强度的影响Fig.3 Effect of crosslinking time on breaking strength of regenerated cellulose fiber

3 结论

a.交联后的再生纤维素纤维断裂强度有明显的提高，并且随着戊二醛浓度的增加呈现先增大后减小，而后变化趋于平缓的趋势。

b.交联后的再生纤维素纤维断裂强度在50℃附近出现最大值，温度过高或者过再生纤维素纤维的改性效果都不明显。

c.随着交联反应时间的增加，再生纤维素纤维的断裂强度增加，当反应时间为30 min时，断裂强度达到最大值，之后随着反应时间的继续增加，断裂强度有所减低，随后趋于平稳。

d.最佳的交联条件为戊二醛质量分数为4%，温度为50℃，时间为30 min，在该条件下的再生纤维素纤维的断裂强度达3.2 cN/dtex。

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Crosslinking modification of regenerated cellulose fiber by glutaraldehyde

Xu Dezeng，Li Dan，Xu Lei
(College of Textile and Materials Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian116034)

Lignocellulose was dissolved using 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid as the solvent and spun into regenerated cellulose fiber，which was subjected to crosslinking modification in presence of glutaraldehyde.The effects of crosslinking modification conditions on the mechanical properties of regenerated cellulose fiber were studied.The results showed that the breaking strength of regenerated cellulose fiber was greatly improved after crosslinking modified with glutaraldehyde.The breaking strength of regenerated cellulose fiber was 3.2 cN/dtex when the crosslinking conditions were as followed:glutaraldehyde mass fraction 4%，reaction temperature 50℃ and time 30 min.

cellulose;regenerated cellulose fiber;ionic liquid;glutaraldehyde;crosslinking;mechanical properties

TQ341.9

A

1001-0041(2012)04-0027-03

2011-11-09;修改稿收到日期:2012-06-08。

徐德增(1954—)，男，教授，硕士生导师，研究方向为新型高分子材料在化学纤维改性方面的应用。E-mail:xudz@dlpu.edu.cn。