呂文杰

摘要：粘膠纖維是以溶解漿或者棉漿為基本原料，經(jīng)過纖維素磺酸酯溶液紡制而成的再生纖維素纖維。本文對(duì)陰離子改性粘膠纖維的制備及吸附性能進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：粘膠纖維；陰離子；吸附性能

引言

粘膠纖維采用木漿或棉漿為原料，產(chǎn)品具有良好吸濕性、透氣性、廢棄物能很快降解等特性，特別適合做無紡衛(wèi)生材料。但由于其存在濕強(qiáng)力低、染色牢度差、色澤不鮮艷等方面的不足。因此，要改進(jìn)粘膠纖維的缺點(diǎn)或拓展新的應(yīng)用性能，必須對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性研究。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑儀器

粘膠纖維（工業(yè)級(jí)），某集團(tuán)；氯乙酸鈉（ClCH2COONa）、氫氧化鈉（NaOH）、次甲基藍(lán)（C16H18ClN3S3H3O）、鹽酸（HCl）、乙醇（C2H5OH），均為分析純，某公司。

掃描電子顯微鏡（JSM-6390A型），日本電子公司；傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR920），某公司；UV/Vis分光光度計(jì)（Lambda型），美國(guó)PE公司；恒溫磁力攪拌器（85-2型），某電器有限公司；電子分析天平（FA1004），某天平儀器廠；DZG-401電熱真空干燥箱（某儀器公司）；調(diào)速電動(dòng)攪拌器（D-971型），某儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

粘膠纖維分子鏈上具有可以進(jìn)行反應(yīng)的羥基，在氫氧化鈉的催化下，可以和氯乙酸鈉發(fā)生反應(yīng)，生成陰離子改性粘膠纖維，反應(yīng)原理如下：

（1）活化反應(yīng)：粘膠纖維中存在多個(gè)羥基，在強(qiáng)堿條件下，粘膠纖維會(huì)充分的溶脹，分子結(jié)構(gòu)中的羥基與氫氧化鈉反應(yīng)生成羥基負(fù)離子活性中心。

（2）醚化反應(yīng)：粘膠纖維形成活性中心以后，氯乙酸鈉可以與粘膠纖維發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成陰離子改性粘膠纖維。陰離子化過程：

1.3實(shí)驗(yàn)過程

1.3.1陰離子改性粘膠纖維的制備

稱取粘膠纖維2.76g放入250mL燒杯中，加入150mL蒸餾水，再加入3.3g配制好的10%的氫氧化鈉溶液，充分溶脹，攪拌至均勻，然后加入1.1g氯乙酸鈉，攪拌至完全溶解，升溫至70℃反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后先用3%的鹽酸中和到中性，然后用乙醇水溶液洗滌3遍，真空烘干，稱重。

1.3.2陰離子改性粘膠纖維的吸附性能測(cè)定

取配制好的不同濃度的次甲基藍(lán)15mL，每個(gè)試劑瓶中放入1g烘干的陰離子改性粘膠纖維，使其充分浸入溶液中。靜置24h過濾取清液，觀察顏色的變化，并對(duì)原液和過濾后的清液進(jìn)行紫外光譜分析測(cè)定其吸附性能。

1.4測(cè)試與表征

1.4.1陰離子改性粘膠纖維的形貌分析

取未改性的粘膠纖維和制備的陰離子改性粘膠纖維，利用掃描電子顯微鏡（JSM-6390A 型，日本電子公司）觀察其形貌。

1.4.2陰離子改性粘膠纖維的紅外分析

取未改性的粘膠纖維和制備的陰離子改性粘膠纖維，研碎成粉末，與KBr壓成薄片，采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR920，某公司）進(jìn)行紅外分析。

1.4.3陰離子改性粘膠纖維的吸附性能分析

取未改性的粘膠纖維和陰離子改性粘膠纖維吸附次甲基藍(lán)染料溶液，過濾后用Lambda型UV/Vis分光光度計(jì)測(cè)試樣品吸附的性能。

2.結(jié)果與討論

2.1陰離子改性粘膠纖維最佳制備工藝的確定

采用單因素實(shí)驗(yàn)法，固定粘膠纖維2.76g，1.1g氯乙酸鈉（以粘膠纖維的40%計(jì)），次甲基藍(lán)的濃度1.15×10-5mol/L，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和氫氧化鈉加入量對(duì)陰離子改性粘膠纖維吸附次甲基藍(lán)性能的影響。

2.1.1反應(yīng)溫度對(duì)陰離子改性粘膠纖維吸附性能的影響

在150mL圓底燒瓶中加入2.76g粘膠纖維，再加入3.3g配好的10%氫氧化鈉溶液，攪拌均勻，然后加入1.1g氯乙酸鈉，加入50mL水，保溫反應(yīng)1h 至反應(yīng)結(jié)束，分別考察30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃條件下制得的陰離子改性粘膠纖維的吸附性能（如圖1）.

由圖1可以看出，隨著反應(yīng)溫度的逐漸提高，所制得的陰離子改性粘膠纖維的吸附性能先增大后減小，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到70℃時(shí)，對(duì)次甲基藍(lán)的吸附性能最好。這是由于反應(yīng)溫度影響反應(yīng)中的分子運(yùn)動(dòng)，溫度較低時(shí)，粘膠纖維與氯乙酸鈉的醚化反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)效率較低；隨著溫度的升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，粘膠纖維的鏈段運(yùn)動(dòng)也增強(qiáng)，分子間的作用力減弱，有利于氯乙酸鈉向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散反應(yīng)；當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，副反應(yīng)加劇，導(dǎo)致醚化反應(yīng)效率降低。

2.1.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)陰離子改性粘膠纖維吸附性能的影響

在150mL圓底燒瓶中加入2.76g粘膠纖維，再加入3.3g配好的10%氫氧化鈉溶液，攪拌均勻，然后加入1.1g 氯乙酸鈉，加入50mL 水，70℃保溫反應(yīng)，分別考察反應(yīng)0.5h、1h、2h、3h、4h、5h條件下制得的陰離子改性粘膠纖維的吸附性能（如圖2所示）。

由圖2可以看出，在開始階段，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的吸附性能幾乎成線性增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到1h時(shí)，所得產(chǎn)品的吸附性能最好。這是由于粘膠纖維作為高分子化合物，具有一定的結(jié)晶度，反應(yīng)時(shí)間過短，小分子氯乙酸鈉與粘膠纖維滲透反應(yīng)不充分，效率較低，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，氯乙酸鈉逐漸擴(kuò)散到纖維的內(nèi)部，同時(shí)未反應(yīng)的羥基較多，反應(yīng)效率逐漸增加，吸附性能逐漸增強(qiáng)；反應(yīng)超過1h后，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的吸附性能反而下降，這是由于反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，堿催化劑易導(dǎo)致陰離子改性粘膠纖維發(fā)生降解等副反應(yīng)。

2.2陰離子改性粘膠纖維的表征

2.2.1陰離子改性粘膠纖維的紅外表征

圖4為陰離子改性粘膠纖維的紅外分析譜圖。由圖4可見，譜圖在3400cm-1處出現(xiàn)了強(qiáng)的—Oh伸縮振動(dòng)吸收峰；2928cm-1處的峰主要是纖維葡萄糖單元中的C—h 伸縮的吸收峰；1650cm-1附近處是C═ O伸縮振動(dòng)峰，說明陰離子改性反應(yīng)成功引入了羧甲基；1010～1160cm-1連續(xù)出現(xiàn)了一系列吸收峰，這是醚類C—O—C的伸縮震動(dòng)峰，證明發(fā)生醚化反應(yīng)后生成了更多醚鍵。

2.2.2陰離子改性粘膠纖維的SEM 表征

圖5為粘膠纖維和陰離子改性粘膠纖維的掃描電鏡圖。從電鏡圖中可以看出，粘膠纖維以纖維束的形式存在，直徑大約在20～30μm，表面光滑，改性前和改性后差別不大，說明陰離子改性過程對(duì)粘膠纖維的形貌沒有產(chǎn)生破壞。

2.3陰離子改性粘膠纖維對(duì)次甲基藍(lán)的吸附

陰離子改性粘膠纖維對(duì)次甲基藍(lán)的吸附結(jié)果見表1，次甲基藍(lán)溶液被改性粘膠纖維吸附前后效果圖見圖6。

由圖6可看出，次甲基藍(lán)溶液被陰離子改性粘膠纖維吸附后，顏色變化較為明顯。從表1數(shù)據(jù)中也可以看出，陰離子改性粘膠纖維對(duì)次甲基藍(lán)的吸附百分比可以達(dá)到85%以上，特別是對(duì)低濃度次甲基藍(lán)的吸附百分比可達(dá)到94.4%。這是由于次甲基藍(lán)為陽離子型染料，而陰離子改性粘膠纖維由于羧甲基基團(tuán)的引入，使改性粘膠纖維中含有一定數(shù)量的陰離子性基團(tuán)，所以對(duì)次甲基藍(lán)溶液展現(xiàn)了良好的吸附效果。

3.結(jié)論

綜上所述，本文通過采用單因素實(shí)驗(yàn)法考察了陰離子改性粘膠纖維的合成條件，得出了最佳反應(yīng)條件：固定粘膠纖維2.76g，氯乙酸鈉的加入量1.1g，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間1h，10%的堿液的加入量3.3g。同時(shí)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：陰離子改性粘膠纖維對(duì)次甲基藍(lán)溶液吸附效果優(yōu)良，吸附效率最高可達(dá)94.4%。

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