羧甲基棉花纤维素的制备与结构表征

胡晓黎，苑化彬，佐 洁，任 虹，杜未林

（四川文理学院 化学化工学院，四川 达州 635000）

纤维素作为自然界储量最丰富的天然生物质资源，它由D-吡喃型葡萄糖苷键连接而成的高分子多糖，是天然的可再生生物质高分子材料，来源广泛，可生物降解；分子中存在大量易于反应的化学基团，作为改性基质，［1-2］改性后可被广泛用于各类医用材料、金属离子污染物吸附剂等.［3-5］目前，纤维素的改性主要分为氧化改性、酯化改性、醚化和接枝改性等，［5-8］改性主要集中于微晶等纤维素.以脱脂棉作为纤维素改性基质的研究较少，本文仅就脱脂棉在不同碱化条件下的羧甲基化改性的不同工艺进行初步比较研究.合成路线见图1.

图1 羧甲基纤维素合成路线

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

1.1.1 实验试剂

氯乙酸，国药集团化学试剂有限责任公司；脱脂棉，兴化市健康脱脂棉有限公司；其余试剂均为分析纯，购自成都市科龙化工试剂厂.

1.1.2 实验仪器

傅里叶变换红外光谱仪FTIR-7600，天津港东科技发展股份有限公司；电热鼓风干燥箱101-2AB，天津市泰斯仪器有限公司；分析天平AB204-N，苏州市中泽仪器有限公司；电子调温电热套DZTW，天津市泰斯仪器有限公司.

1.2 羧甲基脱脂棉纤维素的制备［9-10］

（1）取5g脱脂棉于圆底烧瓶中，加入22ml质量分数为25%NaOH溶液，碱化一小时.4.167g氯乙酸溶于3ml蒸馏水中，即脱脂棉纤维素（单元）与氯乙酸物质的量之比为7:10，［11］逐滴加入烧瓶中.保温65℃，每20-30min测pH值，并用NaOH溶液将pH值调节在8-10之间.反应7h后，用稀HCl调pH值至3，蒸馏水洗至中性，抽滤，于80℃烘干得1#样品.

（2）重复（1）的制备过程，氯乙酸用量为8.334g，即脱脂棉纤维素（单元）与氯乙酸物质的量之比为7:20，得2#样品.

（3）取5g脱脂棉于圆底烧瓶中，加入过量25%NaOH溶液，碱化一小时，将脱脂棉中液体吸除.将4.167g氯乙酸溶于3ml水溶液，与11ml25%NaOH溶液混合，即氯乙酸与氢氧化钠的物质的量之比为1:1，加入圆底烧瓶中.保温65℃，每20-30min测其pH值，用NaOH溶液将pH值调节在8-10之间.反应7h后，用稀HCl调pH值至3，蒸馏水洗至中性，抽滤，于80℃烘干得3#样品.

1.3 羧甲基脱脂棉纤维素取代度测定［11］

氢氧化钠与盐酸标准溶液的配制配制0.2mol/LNaOH粗溶液，以酚酞为指示剂，用邻苯二甲酸氢钾进行标定，测得NaOH标准溶液浓度为0.1984mol/L；配制0.1mol/LHCl粗溶液.以酚酞为指示剂，用上述NaOH标准溶液进行标定，测得HCl标准溶液浓度为0.1043mol/L.

羧甲基脱脂棉取代度测定准确称取一定量剪碎羧甲基脱脂棉，加入20.00mlNaOH标准溶液、20ml蒸馏水，静置半小时.以酚酞为指示剂，用HCl标准溶液滴定至溶液刚刚褪色为止，记录所用盐酸标准溶液的体积.

2 结果与讨论

2.1 红外图谱分析

脱脂棉以及羧甲基脱脂棉产品，剪刀剪碎，以KBr压片，扫描并记录其红外吸收光谱.红外谱图见图2.

图2 脱脂棉及羧甲基脱脂棉纤维素红外光谱图

从图2可以看出，脱脂棉在3442cm-1处出现一个较宽的羟基的吸收峰；2888cm-1处的吸收峰对应-CH2、CH的伸缩振动，1056cm-1处的吸收峰为C-O-C的伸缩振动.在脱脂棉羧甲基化之后，在1733cm-1的位置，出现了一个非常强的羧基的-C=O的伸缩振动峰，说明羧甲基化取代成功.

2.2 取代度的测定

样品羧甲基取代度测定数据见表1.

表1 样品羧甲基取代度分析数据

取代度（DS）的公式［12］如下：

其中n1为样品中羧甲基含量；n2为所取样品中糖原的物质的量;m为所取样品质量.根据所得结果计算平均取代度，详见表1.

实验结果表明，2#样品取代度较1#样品高，说明氯乙酸用量对取代度有影响，在一定范围内，增加氯乙酸用量，有利于提高脱脂棉羧甲基化取代程度.碱化完成后吸除多余的碱液的工艺过程，羧甲基脱脂棉取代度略低于不吸除的过程，说明多余碱液在后续羧甲基化过程中依然在起作用.

结 论

本文探讨了不同碱化方式对脱脂棉羧甲基化的影响，用酸碱滴定测定了其取代，并用红外光谱图对其结构进行了初步表征.结果表明，脱脂棉在1733cm-1处新增加强烈的羧基吸收峰，说明羧甲基取代成功.对3个样品进行取代度分析，结果表明：2#样品取代度最高.所用合成工艺条件为：用质量分数为25%NaOH溶液，脱脂棉纤维素（单元）与氢氧化钠物质的量之比为1:4，碱化一小时，加入脱脂棉纤维素（单元）与氯乙酸物质的量之比为7:20的氯乙酸溶液，保温65℃，其间保持pH值在8-10，反应时间为7h.