劉子瑋，姜順子，甄 歡，陳麗云，劉曉宛，申 澳，王 琪，于宏偉

(石家莊學(xué)院，化工學(xué)院，河北 石家莊 050035)

鴨絨與棉花、羊毛、蠶絲并列四大天然保暖材料，因其保暖性佳及良好的吸濕透氣性能，而被廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)各個領(lǐng)域中[1-3]。熱穩(wěn)定性是鴨絨紡織加工的重要參數(shù)，過熱的加工溫度會破壞鴨絨的表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響其使用效果，而相關(guān)研究卻未見報(bào)道。變溫紅外光譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于纖維的熱穩(wěn)定性研究，我們課題組在此方面做了大量應(yīng)用研究工作[4-5]。因此本文以鴨絨為研究對象，采用變溫紅外光譜技術(shù)(包括：變溫一維紅外光譜和變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜)開展了鴨絨的熱穩(wěn)定性研究，為鴨絨的科學(xué)紡織加工提供了重要的技術(shù)參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

鴨絨(愚樂羽絨服石家莊代理商友情提供)。

1.2 儀器

紅外光譜儀(Spectrum 100 型號，美國 PE 公司)；ATR-FTIR 附件(Golden Gate 型號，英國 Specac 公司)；ATR-FTIR 變溫控件(WEST 6100+型號，英國 Specac 公司)。

1.3 方法

1.3.1 紅外光譜儀操作條件

紅外光譜實(shí)驗(yàn)以空氣為背景，每次對信號進(jìn)行 8 次掃描累加，測定頻率范圍 4000 cm-1～ 600 cm-1；測溫范圍 303 K ～ 393 K(變溫步長 10 K)。

1.3.2 紅外光譜數(shù)據(jù)獲得及圖形處理

紅外光譜數(shù)據(jù)采用 Spectrum v 6.3.5軟件。

2 結(jié)果與討論

A 變溫一維紅外光譜

B 變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜

在 4000 cm-1～ 600 cm-1頻率范圍內(nèi)，同時開展了鴨絨的變溫紅外光譜的研究(圖1)。研究發(fā)現(xiàn)：鴨絨主要官能團(tuán)的特征紅外吸收頻率集中在 3000 cm-1～ 2800 cm-1，1700 cm-1～ 1500 cm-1和 1300 cm-1～ 1200 cm-1等三個頻率區(qū)間，因此本文主要在這三個頻率區(qū)間內(nèi)開展了鴨絨的變溫紅外光譜研究。

2.1 3000 cm-1～ 2800 cm-1 頻率范圍內(nèi)鴨絨變溫紅外光譜研究

A 變溫一維紅外光譜

B 變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜

首先開展了鴨絨的變溫一維紅外光譜研究(圖 2A)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[6-9]2961 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰歸屬于 CH3不對稱伸縮振動模式(νasCH3)，2877 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰則歸屬于 CH3對稱伸縮振動模式(νsCH3)，隨著測定溫度的升高，鴨絨 νasCH3對應(yīng)的紅外吸收頻率紅移至 2960 cm-1(393 K)，而鴨絨 νsCH3對應(yīng)的紅外吸收頻率沒有變化。隨著測定溫度的升高，鴨絨 νasCH3和νsCH3對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度進(jìn)一步增加。進(jìn)一步開展了鴨絨的變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜研究(圖 2B)，其譜圖分辨能力有了顯著的提高。其中 2962 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰歸屬于 νasCH3，2919 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰歸屬于 CH2不對稱伸縮振動模式(νasCH2)，2874 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰歸屬于 νsCH3，而2851 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰則歸屬于 CH2對稱伸縮振動模式(νsCH2)。隨著測定溫度的升高，鴨絨 νsCH3對應(yīng)的紅外吸收頻率藍(lán)移至 2877 cm-1(393 K)頻率，而鴨絨 νasCH2對應(yīng)的紅外吸收頻率藍(lán)移至 2926 cm-1(393 K)頻率；鴨絨 νsCH2對應(yīng)的紅外吸收頻率藍(lán)移至 2854 cm-1(393 K)頻率，而鴨絨 νasCH3對應(yīng)的紅外吸收頻率則沒有明顯的變化。隨著測定溫度的升高，鴨絨 νasCH3，νasCH2和 νsCH3對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度增加，而鴨絨 νsCH2對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度降低，相關(guān)紅外光譜數(shù)據(jù)見表 1。

2.2 1700 cm-1～ 1500 cm-1 頻率范圍內(nèi)鴨絨變溫紅外光譜研究

A 變溫一維紅外光譜(1700cm-1～1500cm-1)

B 變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜(1700cm-1～1500cm-1)

在1700cm-1～1500cm-1頻率范圍內(nèi)，研究了鴨絨的變溫一維紅外光譜(圖3A)。其中1627cm-1頻率處(303K)的紅外吸收峰歸屬于酰胺Ⅰ帶的紅外吸收模式(νamide-Ⅰ)，而1515cm-1頻率處(303K)的紅外吸收峰歸屬于酰胺Ⅱ帶的紅外吸收模式(νamide-Ⅱ)；隨著測定溫度的升高，鴨絨νamide-Ⅰ對應(yīng)的紅外吸收頻率藍(lán)移至1631cm-1頻率處(393K)，而νamide-Ⅱ?qū)?yīng)的紅外吸收頻率紅移至1513cm-1頻率處(393K)。隨著測定溫度的升高，鴨絨νamide-Ⅰ和νamide-Ⅱ?qū)?yīng)的紅外吸收強(qiáng)度增加。進(jìn)一步研究了鴨絨的變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜(圖3B)，其分辨能力有了顯著的提高，研究發(fā)現(xiàn)。303K下，在1680cm-1～1630cm-1的頻率范圍內(nèi)，鴨絨νamide-Ⅰ對應(yīng)的紅外吸收頻率包括：1683cm-1(νamide-Ⅰ-1)，1660cm-1(νamide-Ⅰ-3)，1653cm-1(νamide-Ⅰ-4)和1631cm-1(νamide-Ⅰ-5)。隨著測定溫度的升高，鴨絨在1670cm-1(νamide-Ⅰ-2)和1627cm-1(νamide-Ⅰ-6)頻率處出現(xiàn)了兩個新的紅外吸收峰，而鴨絨νamide-Ⅰ-3和νamide-Ⅰ-5對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移現(xiàn)象，鴨絨νamide-Ⅰ-4對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，而鴨絨νamide-Ⅰ-1對應(yīng)的紅外吸收頻率沒有改變；隨著測定溫度的升高，鴨絨νamide-Ⅰ-1，νamide-Ⅰ-3，νamide-Ⅰ-4和νamide-Ⅰ-5對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度均有所增加。303K下，在1570cm-1～1510cm-1的頻率范圍內(nèi)，鴨絨νamide-Ⅱ的對應(yīng)的紅外吸收頻率包括：1566cm-1(νamide-Ⅱ-1)，1555cm-1(νamide-Ⅱ-2)，1539cm-1(νamide-Ⅱ-3)和1512cm-1(νamide-Ⅱ-4)。隨著測定溫度的升高，鴨絨νamide-Ⅱ所對應(yīng)的紅外吸收頻率(νamide-Ⅱ-1、νamide-Ⅱ-2、νamide-Ⅱ-3和νamide-Ⅱ-4)均出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象。隨著測定溫度的升高，鴨絨νamide-Ⅱ-2，νamide-Ⅱ-3和νamide-Ⅱ-4對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度增加，而鴨絨νamide-Ⅱ-1對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度降低。相關(guān)紅外光譜數(shù)據(jù)見表1。

2.3 1300cm-1～ 1200 cm-1 頻率范圍內(nèi)鴨絨變溫紅外光譜研究

A 變溫一維紅外光譜

B 變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜

在 1300 cm-1～ 1200 cm-1頻率范圍內(nèi)，研究了鴨絨的變溫一維紅外光譜(圖 4A)。其中 1233 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰歸屬于酰胺 Ⅲ 帶的紅外吸收模式(νamide-Ⅲ)，而隨著測定溫度的升高，鴨絨 νamide-Ⅲ對應(yīng)的紅外吸收頻率紅移至 1226 cm-1頻率處(393 K)，而對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度進(jìn)一步增加。而進(jìn)一步研究了鴨絨的變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜(圖 4B)，其譜圖分辨能力有了一定的提高。其中 1233 cm-1頻率處(303 K)的紅外吸收峰歸屬于酰胺 Ⅲ 帶的紅外吸收模式(νamide-Ⅲ)，隨著測定溫度的升高，νamide-Ⅲ對應(yīng)的紅外吸收頻率紅移至 1224 cm-1頻率處(393 K)，對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度進(jìn)一步增加相關(guān)紅外光譜數(shù)據(jù)見下頁表 1。

表1 鴨絨變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜

注：↓ 代表隨著測定溫度的增加，鴨絨有機(jī)官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度降低?！?代表隨著測定溫度的增加，鴨絨有機(jī)官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度增加?！?代表隨著測定溫度的增加，鴨絨有機(jī)官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度基本保持不變。

由于鴨絨變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜的分辨能力要優(yōu)于相應(yīng)的變溫一維紅外光譜，因此我們以鴨絨的變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜為主要研究對象(表 1)開展了鴨絨的熱穩(wěn)定性研究。通過研究表 1 數(shù)據(jù)可知，在 303 K ～ 393 K 的測試溫度范圍內(nèi)，鴨絨的熱穩(wěn)定性較差，隨著測定溫度的升高，鴨絨主要官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收頻率，峰型及強(qiáng)度均發(fā)生了明顯的變化。這主要是因?yàn)轼喗q表面富含油脂，隨著測定溫度的升高，會加速表面油脂的氧化。此外，鴨絨主要是由蛋白質(zhì)組成，過高的加熱溫度，同樣會破壞鴨絨中蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

在 3000 cm-1～ 2800 cm-1，1700 cm-1～ 1500 cm-1和 1300 cm-1～ 1200 cm-1等三個頻率區(qū)間內(nèi)：鴨絨同時存在著：νasCH3、νsCH3、νasCH2、νsCH2、νamide-Ⅰ、νamide-Ⅱ和νamide-Ⅲ等七種紅外吸收模式。研究發(fā)現(xiàn)，在 303 K ～ 393 K 的測試溫度范圍內(nèi)，鴨絨的熱穩(wěn)定性較差，并進(jìn)一步研究了其熱變機(jī)理。

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