李琳琳

（江西服裝學(xué)院，江西南昌 330201）

黏膠纖維從天然木纖維素中提取，具有良好的防紫外線、抗靜電、透氣、涼爽光滑等特點(diǎn)，對(duì)皮膚具有較好的親和性，被廣泛應(yīng)用在服裝、家紡、工程材料中。黏膠纖維由于良好的性能、較低的生產(chǎn)成本與較短的生產(chǎn)周期，應(yīng)用量日益劇增，但其廢棄物的焚燒或掩埋給環(huán)境帶來(lái)巨大的安全隱患。為此，不少研究者都在尋求快捷高效、綠色環(huán)保的黏膠纖維降解方法。林燕萍［1-2］分別研究了南北方土壤的自然降解方式與堆肥方式對(duì)黏膠纖維的高溫、細(xì)菌降解效果，結(jié)果顯示：南方土壤的降解性能優(yōu)于北方與堆肥，可以高效降解黏膠纖維。曲騰云等［3］利用微生物對(duì)黏膠纖維進(jìn)行降解；李寧［4］利用光和熱氧對(duì)黏膠纖維進(jìn)行降解，均得出設(shè)置的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)黏膠纖維具有加速降解的功能。

利用紫外線輻照或模擬日光輻照研究光氧作用對(duì)黏膠纖維的降解案例也較多［5-6］，但分析真空環(huán)境下紫外線輻照對(duì)黏膠纖維降解作用的案例較少。從知網(wǎng)目前的檢索來(lái)看，僅有楊旭分析了在真空環(huán)境下高溫對(duì)阻燃黏膠纖維性能的影響［7］。

本實(shí)驗(yàn)研究在真空環(huán)境下紫外線輻照對(duì)黏膠纖維降解性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：普通黏膠纖維（新鄉(xiāng)白鷺化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司），溴化鉀、丙酮（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：Y151 型纖維摩擦系數(shù)測(cè)定儀（上海標(biāo)卓科學(xué)儀器有限公司），YG747 型通風(fēng)式快速八籃烘箱（無(wú)錫亞博紡織設(shè)備公司），YSHS100 型恒溫恒濕箱（上海覽浩儀器設(shè)備有限公司），F(xiàn)A2004B 型電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司），GD26-FTIR-650型傅里葉變換紅外光譜儀（天津港東科技股份有限公司），Rigaku MiniFlex 600 型X 射線衍射儀（日本理學(xué)電機(jī)株式會(huì)社），Spectra Rad 型輻照度光譜儀［必達(dá)泰克光電科技（上海）有限公司］，INSTRON5590 萬(wàn)型能材料試驗(yàn)機(jī)（美國(guó)英斯特朗公司），紫外線真空光源箱（自制），ZNN-D6 型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（天津亞興自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)儀器廠）。

1.2 黏膠纖維的真空環(huán)境輻照

黏膠纖維依次使用丙酮、去離子水清洗，以去除在制備過(guò)程中纖維表面殘留的雜質(zhì)與油脂；清洗后的黏膠纖維在105 ℃烘箱中烘干；取一定量黏膠纖維置于紫外線真空光源箱，在室溫、輻照度180 W/m2條件下分別輻照一定時(shí)間；另取一定量黏膠纖維置于紫外線非真空光源箱，在室溫、輻照度180 W/m2條件下分別輻照相同時(shí)間。

1.3 測(cè)試

吸濕回潮率：稱取一定量紫外線輻照前后的黏膠纖維，其質(zhì)量記作m；置于20 ℃、相對(duì)濕度65%的恒溫恒濕箱中調(diào)濕24 h 后，稱其質(zhì)量記作m′。利用下式計(jì)算吸濕回潮率。實(shí)驗(yàn)重復(fù)10次，取平均值。

聚合度：參考GB/T 1632—1993《聚合物稀溶液黏數(shù)和特性黏數(shù)測(cè)定》與文獻(xiàn)［5］測(cè)試。實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次，取平均值。

摩擦系數(shù)：將試樣置于20 ℃、相對(duì)濕度65%的恒溫恒濕箱中調(diào)濕24 h。參照文獻(xiàn)［6］制備黏膠纖維輥。在纖維兩端各夾100 mg 張力夾，并將其騎跨在黏膠纖維輥上，在30、1 r/min 條件下測(cè)試動(dòng)態(tài)與靜態(tài)摩擦系數(shù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)30次，取平均值。

紅外光譜：將烘干的黏膠纖維剪碎，與溴化鉀研磨均勻后制成壓片，利用紅外光譜儀在4 000～400 cm-1測(cè)試。

結(jié)晶度：將黏膠纖維剪碎后制成纖維末壓片，利用X 射線衍射儀進(jìn)行X 射線衍射測(cè)試。測(cè)試參數(shù)為Cu 靶，電流20 mA，電壓30 kV，入射波長(zhǎng)0.154 nm，角度5°～45°。參考文獻(xiàn)［2］，利用結(jié)晶區(qū)積分面積與非結(jié)晶區(qū)積分面積計(jì)算結(jié)晶度。

力學(xué)性能：將黏膠纖維置于20 ℃、相對(duì)濕度65%的恒溫恒濕箱中調(diào)濕24 h；利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行斷裂強(qiáng)力測(cè)試。CRE 拉伸方式，纖維夾持長(zhǎng)度20 mm，拉伸速度20 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸濕回潮率

紫外線輻照時(shí)間對(duì)黏膠纖維吸濕回潮率的影響見圖1。

圖1 紫外線輻照時(shí)間對(duì)黏膠纖維吸濕回潮率的影響

由圖1可以看出，黏膠纖維的吸濕回潮率均隨著紫外線輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大。黏膠纖維內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)由結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)組成，紫外線的長(zhǎng)時(shí)間輻照可積累能量，使電子能級(jí)躍遷，物質(zhì)內(nèi)部分子不同程度的碰撞與振動(dòng)造成結(jié)晶區(qū)裂解，向非結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變［8］，提高了纖維的吸濕回潮率。在相同紫外線輻照時(shí)間下，在非真空環(huán)境中經(jīng)紫外線輻照的黏膠纖維吸濕回潮率高于在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維，這是由于在非真空環(huán)境中，黏膠纖維在紫外線輻照下發(fā)生了光氧降解，氧氣在降解過(guò)程中降低了黏膠纖維結(jié)晶區(qū)裂解所需的能量，加劇了結(jié)晶區(qū)向非結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變，因此，在真空環(huán)境中經(jīng)紫外線輻照的黏膠纖維結(jié)晶度高于在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維。另外，當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中輻照的黏膠纖維吸濕回潮率趨于穩(wěn)定；在非真空環(huán)境中輻照的黏膠纖維則持續(xù)增加。這也與黏膠纖維結(jié)晶度的變化有關(guān)，在真空環(huán)境中，當(dāng)紫外線輻照產(chǎn)生的能量不足以裂解黏膠纖維的結(jié)晶區(qū)時(shí)，其結(jié)晶區(qū)與無(wú)定形區(qū)比例保持穩(wěn)定，吸濕回潮率也趨于穩(wěn)定；而在非真空環(huán)境中，由于氧氣的作用，黏膠纖維的結(jié)晶區(qū)不斷裂解，無(wú)定形區(qū)增加，因此吸濕回潮率也持續(xù)增加。

2.2 聚合度

由圖2可知，黏膠纖維的聚合度均隨著紫外線輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷降低，且在相同紫外線輻照時(shí)間下，在真空環(huán)境中輻照處理的黏膠纖維聚合度高于在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維；當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維聚合度趨于穩(wěn)定，在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維聚合度則持續(xù)下降。由文獻(xiàn)［9］可知聚合物相對(duì)分子質(zhì)量與聚合度的關(guān)系，當(dāng)黏膠纖維經(jīng)紫外線輻照后，結(jié)晶區(qū)裂解，結(jié)晶度下降致使相對(duì)分子質(zhì)量下降，從而導(dǎo)致聚合度下降；黏膠纖維聚合度在真空環(huán)境與非真空環(huán)境中的變化趨勢(shì)與結(jié)晶度變化趨勢(shì)一致。

圖2 紫外線輻照時(shí)間對(duì)黏膠纖維聚合度的影響

2.3 摩擦系數(shù)

由圖3可知，黏膠纖維的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)隨著紫外線輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大，且在相同紫外線輻照時(shí)間下，在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維摩擦系數(shù)高于在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維；當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定，在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維摩擦系數(shù)則持續(xù)上升。這是由于紫外線輻照致使纖維結(jié)晶區(qū)裂解，導(dǎo)致纖維微纖化及纖維表面坑槽增多，引起纖維摩擦系數(shù)增加。當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維微纖化趨于穩(wěn)定，因此纖維摩擦系數(shù)也趨于穩(wěn)定。

圖3 紫外線輻照時(shí)間對(duì)黏膠纖維摩擦系數(shù)的影響

2.4 紅外光譜

從圖4中可以看出，黏膠纖維在真空環(huán)境與非真空環(huán)境中經(jīng)紫外線輻照處理后，紅外光譜與原樣波峰走勢(shì)大致相同。3 440、669 cm-1附近的吸收譜帶證明—OH 的存在，3 000 cm-1附近的吸收峰證明—CH3的存在，1 420、1 380 cm-1附近的吸收譜帶證明—CH2—與—CH—的存在。1 625、1 064 cm-1附近的吸收譜帶證明 CO 與 C—O 的存在，1 736 cm-1附近的吸收譜帶證明酮羰基的存在。綜上所述，黏膠纖維在真空環(huán)境與非真空環(huán)境中輻照處理后，分子結(jié)構(gòu)并未改變，仍保持纖維素Ⅱ晶型結(jié)構(gòu)。

圖4 紫外線輻照前后黏膠纖維的紅外光譜

2.5 結(jié)晶度

由圖5可知，黏膠纖維在真空環(huán)境與非真空環(huán)境中經(jīng)紫外線輻照處理后，特征峰位置仍然在12.5°、20.5°左右，說(shuō)明紫外線輻照并未改變纖維的分子結(jié)構(gòu)，這與紅外光譜分析一致。由圖6可知，黏膠纖維的結(jié)晶度均隨著紫外線輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維結(jié)晶度趨于穩(wěn)定，在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維結(jié)晶度則持續(xù)下降。黏膠纖維結(jié)晶度的變化趨勢(shì)驗(yàn)證了吸濕回潮率、聚合度、摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)。

圖5 紫外線輻照150 h 時(shí)黏膠纖維的X 衍射曲線

圖6 紫外線輻照時(shí)間對(duì)黏膠纖維結(jié)晶度的影響

2.6 力學(xué)性能

由圖7可知，黏膠纖維的斷裂強(qiáng)度均隨著紫外線輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，在相同的紫外線輻照時(shí)間下，在真空環(huán)境中輻照處理的黏膠纖維斷裂強(qiáng)度高于在非真空環(huán)境中輻照處理的黏膠纖維。當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維斷裂強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維斷裂強(qiáng)度則持續(xù)下降，這與纖維結(jié)晶度變化成正相關(guān)，由于在結(jié)晶區(qū)向無(wú)定形區(qū)的裂解過(guò)程中，纖維內(nèi)部與表面的坑槽均造成了強(qiáng)力弱環(huán)，致使纖維力學(xué)性能下降。

圖7 紫外線輻照時(shí)間對(duì)黏膠纖維斷裂強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

黏膠纖維在真空環(huán)境與非真空環(huán)境中經(jīng)紫外線輻照后，聚合度、結(jié)晶度、力學(xué)性能均隨輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，吸濕回潮率與摩擦系數(shù)則隨輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，且在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維指標(biāo)的變化幅度小于在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維；紫外線輻照前后，黏膠纖維的分子晶型結(jié)構(gòu)保持不變；在輻照度180 W/m2不變的條件下，當(dāng)紫外線輻照超過(guò)120 h 時(shí)，在真空環(huán)境中處理的黏膠纖維指標(biāo)趨于穩(wěn)定，而在非真空環(huán)境中處理的黏膠纖維指標(biāo)持續(xù)變化，驗(yàn)證了氧氣在紫外線輻照中有助于降解黏膠纖維。