徐德增，李 丹，徐 磊

(大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院，遼寧大連116034)

戊二醛交聯改性再生纖維素纖維的研究

徐德增，李 丹，徐 磊

(大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院，遼寧大連116034)

以氯化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體為溶劑對木質纖維素進行溶解并紡絲，得到再生纖維素纖維，再使用戊二醛對再生纖維素纖維進行交聯改性，研究其交聯改性條件對再生纖維素纖維力學性能的影響。結果表明:經戊二醛交聯后，再生纖維素纖維的斷裂強度有明顯的提高;在戊二醛質量分數為4%，反應溫度為50℃，反應時間為30 min的交聯條件下，所得再生纖維素纖維的斷裂強度為3.2 cN/dtex。

纖維素 再生纖維素纖維 離子液體 戊二醛 交聯 力學性能

近年來，隨著煤、石油等不可再生資源的短缺，尋找可再生資源以替代原有資源變得迫在眉睫，纖維素的開發(fā)與利用日益引起人們的關注。天然纖維素分子間和分子內存在大量的氫鍵，因此纖維素的加工較為困難［1］。離子液體的出現有望成為纖維素的綠色溶劑，其對纖維素有著優(yōu)良的溶解能力［2－7］，而且不易揮發(fā)，熱穩(wěn)定性好。戊二醛作為織物的抗皺整理劑，有著其特有優(yōu)勢［8］，戊二醛溶液中含有相等數量的半水合物，二水合物和環(huán)狀半縮醛。1個戊二醛分子和2個醛基，可以和纖維素大分子上的羥基形成半縮醛和縮醛，從而提高織物的回復性能。因此，作者使用離子液體氯化1-丁基-3-甲基咪唑(［Bmim］Cl)溶解纖維素，制備再生纖維素纖維，并使用戊二醛對再生纖維素纖維進行交聯，研究了戊二醛用量、反應時間、反應溫度對再生纖維素纖維力學性能的影響。

1 實驗

1.1 原料

木質纖維素:聚合度620，市售;［Bmim］Cl:實驗室自制;戊二醛:質量分數為25%，分析純，上?；瘜W試劑有限公司提供。

1.2 再生纖維素纖維的制備

稱取一定質量的木質纖維素加入到盛有離子液體的三口燒瓶中，置于油浴鍋中，加熱攪拌8 h，配置成質量分數為3%的溶液。經過濾、減壓脫泡后，根據干濕法紡絲成形工藝制備纖維素纖維，凝固浴為離子液體和水的混合液［9］，經拉伸、水洗、干燥后，得到再生纖維素纖維。

1.3 纖維的交聯處理

分別配置質量分數為2%，4%，6%，8%的戊二醛溶液，將再生纖維素纖維浸沒于戊二醛溶液中，在不同溫度下進行交聯，分別研究不同的交聯劑濃度、反應溫度以及反應時間下纖維素纖維強度的變化。

1.4 分析測試

采用萊州市電子儀器有限公司的LLY-06電子單纖維強力儀分別測定不同交聯程度纖維的強力。測量參數為預加張力0.05 cN，夾持長度10 mm，速度20 mm/min。

2 結果與討論

2.1 交聯劑的濃度

不同濃度的戊二醛對纖維素纖維的斷裂強度均有比較明顯的影響。從圖1可以看出，隨著戊二醛濃度的增加，再生纖維素纖維的斷裂強度呈先增大后減小的趨勢。這是因為戊二醛具有兩個活潑醛基，具有很高的活性。戊二醛濃度的增加，使再生纖維素纖維分子鏈上的羥基與其醛基充分反應，分子鏈段間的作用力增強，交聯度增加，所以纖維力學性能提高。當交聯劑戊二醛用量增加到一定值后，交聯點密度過大，限制了分子間的滑動，從而宏觀上表現出纖維力學性能有所下降，隨著交聯劑戊二醛用量繼續(xù)增大，殘存于纖維中未反應的交聯劑起到了類似于惰性材料的作用，也會使得纖維力學性能降低。當交聯劑戊二醛的質量分數為4%時，交聯的再生纖維素纖維斷裂強度達到最大值，為3.2 cN/dtex。

圖1 交聯劑濃度對再生纖維素纖維斷裂強度的影響Fig.1 Effect of crosslinking agent concentration on breaking strength of regenerated cellulose fiber

2.2 交聯反應溫度

由圖2可看出，隨著反應溫度的提高，再生纖維素纖維的力學性能逐漸增加。這是因為溫度的提高使得再生纖維素分子運動速度增加，促進了反應的進行，所以適當的升高溫度能夠提高反應速率和反應物質的流動性，提高交聯反應的速度。但交聯反應的速度有一定的限度，當溫度達到一定值時，增加反應溫度對纖維力學性能的影響不明顯，改性后的纖維斷裂強度在50℃附近出現最大值，在該溫度下的交聯效果最好。

圖2 交聯反應溫度對再生纖維素纖維斷裂強度的影響Fig.2 Effect of crosslinking temperature on breaking strength of regenerated cellulose fiber

2.3 交聯反應時間

從圖3可以看出，隨著交聯時間的增加，再生纖維素纖維的斷裂強度明顯增加，當反應時間為30 min時，纖維斷裂強度達到最大值，隨著反應時間的繼續(xù)增加，纖維斷裂強度反而有所減低，隨后趨于平穩(wěn)。這是因為交聯反應剛開始時，隨著反應的進行，纖維素分子鏈上的羥基與交聯劑戊二醛的醛基結合增多，分子之間的作用力增大，進而纖維力學性能有所增加。隨著反應的繼續(xù)，分子間的交聯鏈數增加，形成大量的網狀結構，纖維間的交聯點密度增加，拉伸時產生應力集中，使纖維變脆，導致纖維力學性能下降。

圖3 交聯反應時間對再生纖維素纖維斷裂強度的影響Fig.3 Effect of crosslinking time on breaking strength of regenerated cellulose fiber

3 結論

a.交聯后的再生纖維素纖維斷裂強度有明顯的提高，并且隨著戊二醛濃度的增加呈現先增大后減小，而后變化趨于平緩的趨勢。

b.交聯后的再生纖維素纖維斷裂強度在50℃附近出現最大值，溫度過高或者過再生纖維素纖維的改性效果都不明顯。

c.隨著交聯反應時間的增加，再生纖維素纖維的斷裂強度增加，當反應時間為30 min時，斷裂強度達到最大值，之后隨著反應時間的繼續(xù)增加，斷裂強度有所減低，隨后趨于平穩(wěn)。

d.最佳的交聯條件為戊二醛質量分數為4%，溫度為50℃，時間為30 min，在該條件下的再生纖維素纖維的斷裂強度達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，碩士生導師，研究方向為新型高分子材料在化學纖維改性方面的應用。E-mail:xudz@dlpu.edu.cn。