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丁烷四羧酸對粘膠纖維的酯化交聯(lián)反應的研究

來源:中國紡機網(wǎng)編輯部 發(fā)布時間:2013年09月12日

1實驗

1.1材料

粘膠短纖維:規(guī)格1.67 dtex×38 mm,濕斷裂強度1.18 cN/dtex,濕模量7.00 cN/dtex(南京化學纖維股份有限公司);

實驗試劑:丁烷四羧酸(BTCA),化學純,常州生物化學工程股份有限公司;次磷酸鈉、無水亞硫酸鈉(Na2SO3),均為分析純,上海試劑一廠;氫氧化鈉,分析純,上海文昊生化科技有限公司;醋酸鈣,分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

主要實驗設備:電動均勻軋車(臺灣Rapid公司制);XQ-1纖維強伸度儀(中國紡織大學制);NEXUS-670傅立葉變換紅外光譜儀(美國Nicolet公司制)。

1.2粘膠纖維交聯(lián)處理實驗步驟

脫硫(25 g/l Na2SO3溶液,75℃,1 h)→水洗→三浸三軋[w(BTCA):w(次磷酸鈉)恒定,軋余率為120%]→烘干至恒重(45℃)→交聯(lián)→水洗→烘干(45℃)→平衡2天(相對濕度65%、溫度20℃)。

1.3 BTCA交聯(lián)處理后粘膠纖維上羧基量測定

[4-5]實驗步驟:稱取1 g剪成粉末狀的粘膠纖維試樣(精確至0.01g)浸在新配制的0.01mol/L

的醋酸鈣溶液中,在8℃下恒溫放置2 h,然后用氫氧化鈉標準溶液滴定。

計算方法:假定經(jīng)BTCA處理后交聯(lián)前纖維上的羧基量為C1,交聯(lián)后纖維上的羧基量為C2,交聯(lián)水洗后纖維上的羧基量為C3,未交聯(lián)粘膠纖維中含有的羧基量為C0;交聯(lián)水洗后粘膠纖維中殘留的羧基量(mmol/g纖維)=C3-C0,酯鍵量(mmol/g纖維)=C1-C2,總的參與酯化反應的羧基量(mmol/g纖維)=C1-C2+C3-C0,-COOH轉(zhuǎn)化率(%)=(C1-C2)/(C1-C2+C3-C0)×100%。

1.4性能測試

斷裂拉伸:按國家標準GB/T16256—1996進行測試;傅立葉變換紅外光譜(FTIR):首先將交聯(lián)后的粘膠纖維用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液處理,使得粘膠纖維上的

羧基轉(zhuǎn)換為羧酸根陰離子,然后烘干,采用溴化鉀壓片法制樣,光譜掃描范圍為400~4000 cm-1。

2結(jié)果與討論

2.1 BTCA與粘膠纖維的酯化交聯(lián)反應機理

多元羧酸的酯化交聯(lián)機理現(xiàn)在一般研究認為是環(huán)酐機理[3,6-7]:即多元羧酸中相鄰的兩個羧基首先脫水成酐,然后具有較高反應活性的環(huán)狀酸酐再進一步與纖維素大分子上的羥基反應生成酯,并且釋放一個羧基;如果不存在空間位阻情況,被釋放的這個羧基還可以再與另一個相鄰的羧基脫水成酐,與纖維素大分子上的羥基發(fā)生酯化反應,因而形成纖維內(nèi)的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。BTCA作為多元羧酸類化合物,每個分子上帶有四個羧基,能與纖維素發(fā)生酯化

交聯(lián)反應,其機理如圖1所示,這一點可以從以下的紅外光譜測試結(jié)果分析得以證實。



圖2粘膠纖維的傅立葉變換紅外光譜:a.未交聯(lián)粘膠纖維;b.經(jīng)BTCA交聯(lián)后的粘膠纖維。

圖2中曲線a和b分別是未交聯(lián)粘膠纖維和經(jīng)BTCA交聯(lián)后粘膠纖維的FTIR光譜。未交聯(lián)粘膠纖維在1716 cm-1和1574 cm-1處觀察不到有酯基和羧基的吸收峰;經(jīng)BTCA交聯(lián)的粘膠纖維在1716 cm-1和1574 cm-1均出現(xiàn)了特征紅外吸收峰,它們分別是酯羰基和羧酸根陰離子中羰基的特征吸收峰,表明了BTCA與粘膠纖維發(fā)生了酯化反應。

2.2 BTCA酯化交聯(lián)粘膠纖維的影響因素

2.2.1交聯(lián)溫度的影響

固定BTCA的質(zhì)量百分比濃度為8%,催化劑次磷酸鈉(與BTCA的質(zhì)量比為8:5),交聯(lián)時間3 min,改變交聯(lián)溫度,考察交聯(lián)溫度對酯化反應的影響。


圖3交聯(lián)溫度對總的參與酯化反應的羧基量、殘留的羧基量以及酯鍵量的影響

不同交聯(lián)溫度下經(jīng)BTCA交聯(lián)后粘膠纖維上總的參與酯化反應的羧基量、殘留的羧基量以及生

成的酯鍵量的變化情況分別如圖3中曲線1、2、3所示。隨著交聯(lián)溫度的升高,總的參與酯化反應的羧基量是逐漸增加的,從150℃時的0.646 mmol/g纖維增加至210℃時的

0.993 mmol/g纖維,粘膠纖維中生成的酯鍵量逐漸增多,而殘留的羧基量逐漸減少。

為了更深入的研究BTCA與粘膠纖維的酯化交聯(lián),下面將對-COOH轉(zhuǎn)化率以及交聯(lián)后粘膠纖維在濕態(tài)條件下的力學性能作進一步的分析。


圖4交聯(lián)溫度對-COOH轉(zhuǎn)化率的影響圖5交聯(lián)溫度對粘膠纖維濕斷裂強度和濕模量的影響


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