高碘酸鈉選擇性氧化亞麻纖維研究

趙 兵，張 燕，林 紅，陳宇岳

（1.蘇州大學(xué) 圖書館，江蘇 蘇州 215021；2.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021）

高碘酸鈉選擇性氧化亞麻纖維研究

趙 兵1，張 燕2，林 紅2，陳宇岳2

（1.蘇州大學(xué) 圖書館，江蘇 蘇州 215021；2.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021）

采用高碘酸鈉對亞麻纖維進(jìn)行選擇性氧化，研究了氧化亞麻纖維的結(jié)構(gòu)和性能.結(jié)果表明：高碘酸鈉選擇性氧化亞麻纖維后生成活性醛基，隨著氧化程度的加深，纖維表面變得粗糙，結(jié)晶度和斷裂強(qiáng)度下降，斷裂伸長率先降低后升高.

高碘酸鈉；選擇性氧化；亞麻纖維；纖維結(jié)構(gòu)；纖維性能

纖維素經(jīng)高碘酸鈉選擇性氧化后，可在葡萄糖殘基不同位置上生成活性醛基，這不僅改變了纖維素的結(jié)構(gòu)，賦予氧化纖維素許多新的功能，同時(shí)利用活性醛基可生成眾多纖維素衍生物，對纖維素進(jìn)行功能化改性，大大拓展了纖維素的應(yīng)用范圍.目前，氧化纖維素在功能材料、生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，并逐漸擴(kuò)展到紡織領(lǐng)域.國內(nèi)外對二醛纖維素的制備及性能進(jìn)行了大量深入的研究[1-7]，如研究二醛纖維素在熱水中的穩(wěn)定性[8]、超聲波中的氧化性[9]以及氧化纖維素衍生物的結(jié)構(gòu)與性能[10].本文在此基礎(chǔ)上研究高碘酸鈉選擇性氧化亞麻纖維的結(jié)構(gòu)和性能.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用材料包括：經(jīng)過煮練和漂白的亞麻紗線（27.8 tex）；實(shí)驗(yàn)所用高碘酸鈉和丙三醇均為AR級(jí).

實(shí)驗(yàn)所用儀器包括：Nicolet 5700型紅外光譜儀，S-570型掃描電子顯微鏡，D/MAX-ⅢC型X射線衍射儀，YG020A型電子單紗強(qiáng)力儀.

1.2 氧化亞麻纖維的制備

將亞麻紗線置于一定濃度的高碘酸鈉溶液中，在一定溫度下持續(xù)攪拌避光氧化一定時(shí)間，然后將反應(yīng)后的亞麻紗線于0.1 mol/L丙三醇溶液中浸泡30 min，以除去未反應(yīng)的高碘酸鈉，再用去離子水充分洗滌后，自然晾干.

1.3 性能測試

（1）傅立葉紅外光譜分析：采用Nicolet 5700型紅外光譜儀進(jìn)行分析.將樣品剪成粉末，采用KBr壓片法于恒溫20℃、濕度65%條件下測試.掃描次數(shù)為32次，分辨率為4 cm-1.

（2）SEM分析：采用S-570型掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析.取一小束亞麻纖維樣品置于銅制樣品臺(tái)上，用雙面膠貼牢，噴金后置于掃描電子顯微鏡的載物臺(tái)上觀察.

（3）X射線衍射測試：采用D/MAX-ⅢC型X射線衍射儀進(jìn)行測試.將亞麻纖維樣品剪成粉末，管電壓40 kV，管電流30 mA，掃描速度2°/min，2θ從5°～45°進(jìn)行掃描，得到X射線衍射強(qiáng)度Ⅰ-2θ曲線.再用Peakfit軟件對亞麻纖維樣品的X射線衍射曲線進(jìn)行擬合分峰，根據(jù)分峰的結(jié)果計(jì)算出纖維素的結(jié)晶度參數(shù).結(jié)晶度根據(jù)下面的公式計(jì)算：

式中：Xc為結(jié)晶度；Ac為結(jié)晶峰的面積；Aa為非結(jié)晶峰的面積.

（4）強(qiáng)伸力測試：采用YG020A型電子單向強(qiáng)力儀進(jìn)行測試.工作長度250 mm，預(yù)張力0.05 cN/dtex，拉伸速度250 mm/min.

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)原理

高碘酸鈉選擇性氧化纖維素，可切斷纖維素葡萄糖環(huán)節(jié)中的C2-C3化學(xué)鍵，選擇性地將C2和C3位上兩個(gè)鄰近的羥基氧化為醛基，得到2，3-二醛基纖維素[11]，亞麻纖維經(jīng)高碘酸鈉選擇性氧化反應(yīng)方程式如圖1所示.

2.2 亞麻纖維微觀形態(tài)分析

亞麻纖維經(jīng)不同條件氧化后的掃描電鏡照片如圖2所示.

由圖2可以看出，普通亞麻纖維的縱向表面比較光潔，裂紋很少.輕度氧化時(shí)（圖b），亞麻纖維表面沒有明顯變化.而隨著氧化劑濃度的增大和氧化時(shí)間的延長，纖維表面變得粗糙，出現(xiàn)了細(xì)小裂紋和不同深淺的縱向侵蝕條紋.說明高碘酸鈉對亞麻纖維弱結(jié)構(gòu)具有侵蝕和剝離作用，而且隨著氧化程度的增加，侵蝕和剝離作用加劇.

2.3 X射線衍射分析

圖3為氧化亞麻纖維的X射線衍射曲線圖譜，其中氧化溫度均為45℃，氧化時(shí)間均為5 h.

由圖3中可以看出，各樣品的X射線衍射峰的峰形相似，說明經(jīng)高碘酸鈉有限氧化后不會(huì)引起亞麻纖維內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上的改變，但各結(jié)晶峰的強(qiáng)度隨著氧化程度的加深不斷減弱.用Peakfit分峰軟件擬合分峰后得出不同氧化程度亞麻纖維的結(jié)晶度數(shù)據(jù)，如表1所示.

表1 不同濃度高碘酸鈉氧化亞麻纖維的結(jié)晶度Tab.1 Crystallinity of linen fibers oxidized by sodium periodate with different concentrations

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，隨著氧化劑濃度的增加，亞麻纖維的結(jié)晶度不斷下降.這是因?yàn)槔w維素經(jīng)高碘酸鈉氧化時(shí)，隨著氧化劑濃度增加，亞麻纖維大分子鏈中被打開的失水葡萄糖環(huán)數(shù)目增加，且纖維素的氧化降解反應(yīng)也逐步加劇，破壞了纖維素分子中原有的大量氫鍵結(jié)合，分子間力被削弱，使纖維素大分子從高度有序排列變成無序排列，晶區(qū)部分產(chǎn)生剝離溶解，造成亞麻纖維的結(jié)晶度減小.

2.4 力學(xué)性能分析

圖4為高碘酸鈉濃度與氧化亞麻纖維斷裂強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖.

由圖4可以看出，隨著高碘酸鈉濃度的提高，氧化亞麻紗線的斷裂強(qiáng)度不斷降低.這是由于高碘酸鈉氧化亞麻纖維過程中，纖維素大分子的葡萄糖環(huán)被不斷打開和大分子之間的規(guī)整排列被破壞，從而導(dǎo)致亞麻纖維的斷裂強(qiáng)度不斷降低.

圖5為高碘酸鈉濃度與氧化亞麻纖維斷裂伸長率的關(guān)系圖.

由圖5可以看出，隨著高碘酸鈉濃度的提高，氧化亞麻紗線的斷裂伸長率先降低后升高.氧化亞麻紗線斷裂伸長率升高是由于氧化程度加深后，紗線收縮卷曲產(chǎn)生了彈性的緣故.

3 結(jié) 論

（1）高碘酸鈉選擇性氧化后亞麻纖維分子的葡萄糖基環(huán)上生成了活性醛基；

（2）采用高碘酸鈉對亞麻纖維進(jìn)行選擇性氧化后，亞麻纖維表面產(chǎn)生剝損條痕；

（3）高碘酸鈉選擇性氧化亞麻纖維時(shí)，隨著氧化程度的加深，亞麻纖維的結(jié)晶度不斷降低；

（4）隨著氧化程度的加深，亞麻纖維的斷裂強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率先降低后升高.

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Research of selective oxidation of linen fiber with sodium periodate

ZHAO Bing1，ZHANG Yan2，LIN Hong2，CHEN Yu-yue2
（1.Library，Soochow University，Suzhou 215021，China；2.College of Textile and Clothing Engineering，Soochow University，Suzhou 215021，China）

The structure and properties of linen fiber oxidized selectively by sodium periodate are studied.The results show that the oxidation of linen fiber with sodium periodate yields dialdehyde group.With enhancement of the degree of oxidation，the surface of linen fiber becomes coarse，crystallinity and breaking strength decrease，and breaking elongation decreases firstly and increases afterwards.

sodium periodate；selective oxidization；linen fiber；fiber structure；fiber property

book=4,ebook=134

TS102.221；TS102.1

A

1671－024X（2010）04－0061－03

2010-03-25

趙 兵（1984—），男，助理館員，碩士.

陳宇岳（1962—），男，教授，博士生導(dǎo)師．E-mail：chenyy@suda.edu.cn