粘胶纤维的制备及其性能的研究

吕文杰

摘要：粘胶纤维是以溶解浆或者棉浆为基本原料，经过纤维素磺酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。本文对阴离子改性粘胶纤维的制备及吸附性能进行了研究。

关键词：粘胶纤维；阴离子；吸附性能

引言

粘胶纤维采用木浆或棉浆为原料，产品具有良好吸湿性、透气性、废弃物能很快降解等特性，特别适合做无纺卫生材料。但由于其存在湿强力低、染色牢度差、色泽不鲜艳等方面的不足。因此，要改进粘胶纤维的缺点或拓展新的应用性能，必须对其进行化学改性研究。

1.实验部分

1.1试剂仪器

粘胶纤维（工业级），某集团；氯乙酸钠（ClCH2COONa）、氢氧化钠（NaOH）、次甲基蓝（C16H18ClN3S3H3O）、盐酸（HCl）、乙醇（C2H5OH），均为分析纯，某公司。

扫描电子显微镜（JSM-6390A型），日本电子公司；傅里叶变换红外光谱仪（FTIR920），某公司；UV/Vis分光光度计（Lambda型），美国PE公司；恒温磁力搅拌器（85-2型），某电器有限公司；电子分析天平（FA1004），某天平仪器厂；DZG-401电热真空干燥箱（某仪器公司）；调速电动搅拌器（D-971型），某仪器有限公司。

1.2实验原理

粘胶纤维分子链上具有可以进行反应的羟基，在氢氧化钠的催化下，可以和氯乙酸钠发生反应，生成阴离子改性粘胶纤维，反应原理如下：

（1）活化反应：粘胶纤维中存在多个羟基，在强碱条件下，粘胶纤维会充分的溶胀，分子结构中的羟基与氢氧化钠反应生成羟基负离子活性中心。

（2）醚化反应：粘胶纤维形成活性中心以后，氯乙酸钠可以与粘胶纤维发生亲核取代反应，生成阴离子改性粘胶纤维。阴离子化过程：

1.3实验过程

1.3.1阴离子改性粘胶纤维的制备

称取粘胶纤维2.76g放入250mL烧杯中，加入150mL蒸馏水，再加入3.3g配制好的10%的氢氧化钠溶液，充分溶胀，搅拌至均匀，然后加入1.1g氯乙酸钠，搅拌至完全溶解，升温至70℃反应1h，反应结束后先用3%的盐酸中和到中性，然后用乙醇水溶液洗涤3遍，真空烘干，称重。

1.3.2阴离子改性粘胶纤维的吸附性能测定

取配制好的不同浓度的次甲基蓝15mL，每个试剂瓶中放入1g烘干的阴离子改性粘胶纤维，使其充分浸入溶液中。静置24h过滤取清液，观察颜色的变化，并对原液和过滤后的清液进行紫外光谱分析测定其吸附性能。

1.4测试与表征

1.4.1阴离子改性粘胶纤维的形貌分析

取未改性的粘胶纤维和制备的阴离子改性粘胶纤维，利用扫描电子显微镜（JSM-6390A 型，日本电子公司）观察其形貌。

1.4.2阴离子改性粘胶纤维的红外分析

取未改性的粘胶纤维和制备的阴离子改性粘胶纤维，研碎成粉末，与KBr压成薄片，采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR920，某公司）进行红外分析。

1.4.3阴离子改性粘胶纤维的吸附性能分析

取未改性的粘胶纤维和阴离子改性粘胶纤维吸附次甲基蓝染料溶液，过滤后用Lambda型UV/Vis分光光度计测试样品吸附的性能。

2.结果与讨论

2.1阴离子改性粘胶纤维最佳制备工艺的确定

采用单因素实验法，固定粘胶纤维2.76g，1.1g氯乙酸钠（以粘胶纤维的40%计），次甲基蓝的浓度1.15×10-5mol/L，研究了反应温度、反应时间和氢氧化钠加入量对阴离子改性粘胶纤维吸附次甲基蓝性能的影响。

2.1.1反应温度对阴离子改性粘胶纤维吸附性能的影响

在150mL圆底烧瓶中加入2.76g粘胶纤维，再加入3.3g配好的10%氢氧化钠溶液，搅拌均匀，然后加入1.1g氯乙酸钠，加入50mL水，保温反应1h 至反应结束，分别考察30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃条件下制得的阴离子改性粘胶纤维的吸附性能（如图1）.

由图1可以看出，随着反应温度的逐渐提高，所制得的阴离子改性粘胶纤维的吸附性能先增大后减小，当反应温度达到70℃时，对次甲基蓝的吸附性能最好。这是由于反应温度影响反应中的分子运动，温度较低时，粘胶纤维与氯乙酸钠的醚化反应速度较慢，反应效率较低；随着温度的升高，分子的热运动增强，粘胶纤维的链段运动也增强，分子间的作用力减弱，有利于氯乙酸钠向纤维内部的扩散反应；当反应温度过高时，副反应加剧，导致醚化反应效率降低。

2.1.2反应时间对阴离子改性粘胶纤维吸附性能的影响

在150mL圆底烧瓶中加入2.76g粘胶纤维，再加入3.3g配好的10%氢氧化钠溶液，搅拌均匀，然后加入1.1g 氯乙酸钠，加入50mL 水，70℃保温反应，分别考察反应0.5h、1h、2h、3h、4h、5h条件下制得的阴离子改性粘胶纤维的吸附性能（如图2所示）。

由图2可以看出，在开始阶段，随着反应时间的延长，产品的吸附性能几乎成线性增加，当反应时间达到1h时，所得产品的吸附性能最好。这是由于粘胶纤维作为高分子化合物，具有一定的结晶度，反应时间过短，小分子氯乙酸钠与粘胶纤维渗透反应不充分，效率较低，随着反应时间的延长，氯乙酸钠逐渐扩散到纤维的内部，同时未反应的羟基较多，反应效率逐渐增加，吸附性能逐渐增强；反应超过1h后，随着反应时间的延长，产品的吸附性能反而下降，这是由于反应时间过长，碱催化剂易导致阴离子改性粘胶纤维发生降解等副反应。

2.2阴离子改性粘胶纤维的表征

2.2.1阴离子改性粘胶纤维的红外表征

图4为阴离子改性粘胶纤维的红外分析谱图。由图4可见，谱图在3400cm-1处出现了强的—Oh伸缩振动吸收峰；2928cm-1处的峰主要是纤维葡萄糖单元中的C—h 伸缩的吸收峰；1650cm-1附近处是C═ O伸缩振动峰，说明阴离子改性反应成功引入了羧甲基；1010～1160cm-1连续出现了一系列吸收峰，这是醚类C—O—C的伸缩震动峰，证明发生醚化反应后生成了更多醚键。

2.2.2阴离子改性粘胶纤维的SEM 表征

图5为粘胶纤维和阴离子改性粘胶纤维的扫描电镜图。从电镜图中可以看出，粘胶纤维以纤维束的形式存在，直径大约在20～30μm，表面光滑，改性前和改性后差别不大，说明阴离子改性过程对粘胶纤维的形貌没有产生破坏。

2.3阴离子改性粘胶纤维对次甲基蓝的吸附

阴离子改性粘胶纤维对次甲基蓝的吸附结果见表1，次甲基蓝溶液被改性粘胶纤维吸附前后效果图见图6。

由图6可看出，次甲基蓝溶液被阴离子改性粘胶纤维吸附后，颜色变化较为明显。从表1数据中也可以看出，阴离子改性粘胶纤维对次甲基蓝的吸附百分比可以达到85%以上，特别是对低浓度次甲基蓝的吸附百分比可达到94.4%。这是由于次甲基蓝为阳离子型染料，而阴离子改性粘胶纤维由于羧甲基基团的引入，使改性粘胶纤维中含有一定数量的阴离子性基团，所以对次甲基蓝溶液展现了良好的吸附效果。

3.结论

综上所述，本文通过采用单因素实验法考察了阴离子改性粘胶纤维的合成条件，得出了最佳反应条件：固定粘胶纤维2.76g，氯乙酸钠的加入量1.1g，反应温度70℃，反应时间1h，10%的碱液的加入量3.3g。同時吸附实验结果表明：阴离子改性粘胶纤维对次甲基蓝溶液吸附效果优良，吸附效率最高可达94.4%。

参考文献：

[1]新型高吸湿性改性粘胶纤维基本性能研究[J].吴金涛，杨光明，隋倩，于冉雪，潘福奎.棉纺织技术.2015（03）

[2]阻燃粘胶纤维的热力学性能研究[J].陈宇刚，周彦丽.毛纺科技.2016（03）

[3]消臭粘胶纤维的制备与性能研究[J].赵艳芹，于湖生，韦红莲，吴娇，万兴云，田平.上海纺织科技.2017（07）