戊二醛交联改性再生纤维素纤维的研究

4% ， 温度为 50 ℃ ， 时间为 30 min， 在该条件下的 再生纤维素纤维的断裂强度达 3． 2 cN / dtex。 参 考 文 献
［ 1］ 刘会茹， 刘猛帅， 张星辰， 等． 纤维素溶剂体系的研究进展
2． 3
交联反应时间 从图 3 可以看出， 随着交联时间的增加， 再生
［ J］． 材料导报， 2011 ， 25 （ 4 ） ： 135 － 138． ［ 2］ Xu Airong， Wang Jianji， Wang Huiyong． Effects of anionic struc-
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合
成
纤
维
工
业
2012 年第 35 卷
会使得纤维力学性能降低。当交联剂戊二醛的质 量分数为 4% 时， 交联的再生纤维素纤维断裂强 度达到最大值， 为 3． 2 cN / dtex。
纤维素纤维的断裂强度明显增加， 当反应时间为 30 min 时， 纤维断裂强度达到最大值， 随着反应时 间的继续增加， 纤维断裂强度反而有所减低， 随后 随着反 趋于平稳。这是因为交联反应刚开始时， 应的进行， 纤维素分子链上的羟基与交联剂戊二 醛的醛基结合增多， 分子之间的作用力增大， 进而 纤维力学性能有所增加。 随着反应的继续， 分子 间的交联链数增加， 形成大量的网状结构， 纤维间 的交联点密度增加， 拉伸时产生应力集中， 使纤维 变脆， 导致纤维力学性能下降。
第4 期
徐德增等． 戊二醛交联改性再生纤维素纤维的研究
138 － 141．
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ture and lithium salts addition on the dissolution of cellulose in 1butyl3methylimidazoliumbased ionic liquid solvent systems ［J］． Green Chem， 2010 ， 12 （ 2 ） ： 268 － 275． ［ 3］ Fukaya Y， Hayashi K， Wada M， et al． Cellulose dissolution with polar ionic liquids under mild conditions： required factors for anions［J］． Green Chem， 2008 ， 10 （ 1 ） ： 44 － 46． ［ 4］ Takegawa A， Murakami M， Kaneko Y， et al． Preparation of chitin / cellulose composite gels and films with ionic liquids［J］ ． Carbohyd Polym， 2010 ， 79 （ 1 ） ： 85 － 90． ［ 5］ 翟蔚， 陈洪章， 马润宇． 离子液体中纤维素的溶解及再生特 性［ J］ ． 北 京 化 工 大 学 学 报： 自 然 科 学 版， 2007 ， 34 （ 2 ） ：
Abstract ： Lignocellulose was dissolved using 1-butyl3methylimidazolium chloride ionic liquid as the solvent and spun into regenerated cellulose fiber， which was subjected to crosslinking modification in presence of glutaraldehyde． The effects of crosslinking modification conditions on the mechanical properties of regenerated cellulose fiber were studied． The results showed that the breaking strength of regenerated cellulose fiber was greatly improved after crosslinking modified with glutaraldehyde． The breaking strength of regenerated cellulose fiber was 3． 2 cN / dtex when the crosslinking conditions were as followed： glutaraldehyde mass fraction 4% ，reaction temperature 50 ℃ and time 30 min．
研究与开发
合 成 纤 维 工 业， 2012 ， 35 （ 4 ） ： 27 CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
戊二醛交联改性再生纤维素纤维的研究
徐德增， 李 丹， 徐 磊
（ 大连工业大学 纺织与材料工程学院，辽宁 大连 116034 ） 摘 要： 以氯化 1-丁基3甲基咪唑离子液体为溶剂对木质纤维素进行溶解并纺丝， 得到再生纤维素纤维，
图2
交联反应温度对再生纤维素纤维断裂强度的影响
Fig． 2 Effect of crosslinking temperature on breaking strength of regenerated cellulose fiber 戊二醛质量分数为 4% 。 ■—10 min； ●—30 min； ▲—60 min； —120 min
图1
交联剂浓度对再生纤维素纤维断裂强度的影响
Fig． 1 Effect of crosslinking agent concentration on 交联反应时间为 30 min。 ■—30 ℃ ； ●—40 ℃ ； ▲—50 ℃ ； —60 ℃ breaking strength of regenerated cellulose fiber
Crosslinking modification of regenerated cellulose fiber by glutaraldehyde
Xu Dezeng，Li Dan，Xu Lei
（ College of Tபைடு நூலகம்xtile and Materials Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034 ）
关键词： 纤维素 再生纤维素纤维 离子液体 戊二醛 交联 力学性能 中图分类号： TQ341． 9 文献标识码： A 文章编号： 1001-0041 （ 2012 ） 04-0027-03
近年来， 随着煤、 石油等不可再生资源的短 缺， 寻找可再生资源以替代原有资源变得迫在眉 睫， 纤维素的开发与利用日益引起人们的关注。 天然纤维素分子间和分子内存在大量的氢键， 因 此纤维素的加工较为困难 良的溶解能力
3
结论 a． 交联后的再生纤维素纤维断裂强度有明
显的提高， 并且随着戊二醛浓度的增加呈现先增 大后减小， 而后变化趋于平缓的趋势 。 b． 交联 后 的 再 生 纤 维 素 纤 维 断 裂 强 度 在 50 ℃ 附近出现最大值， 温度过高或者过再生纤维 素纤维的改性效果都不明显。 c． 随着交联反应时间的增加， 再生纤维素纤 维的断裂强度增加， 当反应时间为 30 min 时， 断 裂强度达到最大值， 之后随着反应时间的继续增 加， 断裂强度有所减低， 随后趋于平稳。 d． 最佳 的 交 联 条 件 为 戊 二 醛 质 量 分 数 为
有望成为纤维素的绿色溶剂， 其对纤维素有着优 ， 而且不易挥发， 热稳定性好。 戊二 醛 作 为 织 物 的 抗 皱 整 理 剂， 有着其特有优 势［8］， 戊二醛溶液中含有相等数量的半水合物， 二水合物和环状半缩醛。1 个戊二醛分子和 2 个 醛基， 可以和纤维素大分子上的羟基形成半缩醛 和缩醛， 从而提高织物的回复性能。因此， 作者使 丁基3甲基咪唑（ ［ Bmim］ Cl ） 用离子液体氯化 1溶解纤维素， 制备再生纤维素纤维， 并使用戊二醛 对再生纤维素纤维进行交联， 研究了戊二醛用量 、 反应时间、 反应温度对再生纤维素纤维力学性能 的影响。 1 1． 1 实验 原料 木质纤维素： 聚合度 620 ， 市售； ［ Bmim］Cl： 实验室自制； 戊二醛： 质量分数为 25% ， 分析纯， 上海化学试剂有限公司提供。 1． 2 再生纤维素纤维的制备 称取一定质量的木质纤维素加入到盛有离子 液体的三口烧瓶中， 置于油浴锅中， 加热搅拌 8 h， 配置成质量分数为 3% 的溶液。 经过滤、 减压脱 泡后， 根据干湿法纺丝成形工艺制备纤维素纤维， 凝固浴为离子液体和水的混合液［9］， 经拉伸、 水 洗、 干燥后， 得到再生纤维素纤维。
［2 － 7 ］ ［1 ］
1． 3
纤维的交联处理 分别配置质量分数为 2% ， 4% ， 6% ， 8% 的戊
二醛溶液， 将再生纤维素纤维浸没于戊二醛溶液 中， 在不同温度下进行交联， 分别研究不同的交联 剂浓度、 反应温度以及反应时间下纤维素纤维强 度的变化。 1． 4 分析测试 采用莱州市电子仪器有限公司的 LLY06 电 子单纤维强力仪分别测定不同交联程度纤维的强 力。测量参数为预加张力 0． 05 cN， 夹持长度 10 mm， 速度 20 mm / min。 2 2． 1 结果与讨论 交联剂的浓度 不同浓度的戊二醛对纤维素纤维的断裂强度 随着戊 均有比较明显的影响。 从图 1 可以看出， 二醛浓度的增加， 再生纤维素纤维的断裂强度呈 先增大后减小的趋势。这是因为戊二醛具有两个 活泼醛基， 具有很高的活性。戊二醛浓度的增加， 使再生纤维素纤维分子链上的羟基与其醛基充分 反应， 分子链段间的作用力增强， 交联度增加， 所 以纤维力学性能提高。当交联剂戊二醛用量增加 到一定值后， 交联点密度过大， 限制了分子间的滑 动， 从而宏观上表现出纤维力学性能有所下降， 随 着交联剂戊二醛用量继续增大， 残存于纤维中未 反应的交联剂起到了类似于惰性材料的作用， 也
维素纤维的力学性能逐渐增加。这是因为温度的 提高使得再生纤维素分子运动速度增加， 促进了 反应的进行， 所以适当的升高温度能够提高反应 速率和反应物质的流动性， 提高交联反应的速度 。 但交联反应的速度有一定的限度， 当温度达到一 定值时， 增加反应温度对纤维力学性能的影响不 明显， 改性后的纤维断裂强度在 50 ℃ 附近出现最 大值， 在该温度下的交联效果最好。
收稿日期： 201111-09 ； 修改稿收到日期： 2012-06-08 。 作者简介： 徐德增（ 1954 —） ， 男， 教授， 硕士生导师， 研究方 向为新 型 高 分 子 材 料 在 化 学 纤 维 改 性 方 面 的 应 用 。 Email： xudz@ dlpu． edu． cn。
。 离子液体的出现
再使用戊二醛对再生纤维素纤维进行交联改性， 研究其交联改性条件对再生纤维素纤维力学性能的影响 。 结果表明： 经戊二醛交联后， 再生纤维素纤维的断裂强度有明显的提高； 在戊二醛质量分数为 4% ， 反应温度 为 50 ℃ ， 反应时间为 30 min 的交联条件下， 所得再生纤维素纤维的断裂强度为 3． 2 cN / dtex。
［ 6］ 杨海静， 李坤兰， 马英冲， 等． 松木屑在［bmim］Cl 离子液体 中的溶解性能［ J］ ． 大连工业大学学报： 自然科学版， 2010 ， 29 （ 4 ） ： 292 － 294． ［ 7］ 张恒， 赵娜娜， 刘丽丽． 纤维素在离子液体中的溶解性能及 机理研究进展［ J］ ． 化学研究， 2010 ， 21 （ 6 ） ： 96 － 99． ［ 8］ 鹿保鑫， 王喜刚， 周睿． 戊二醛交联对 CCMC / PVA 复合膜性 能的影响［ J］ ． 包装技术与工程， 2011 ， 32 （ 9 ） ： 1 － 4． ［ 9］ 蔡涛， 张慧慧， 杨瑜榕． 凝固浴浓度对离子液体法纤维素纤 维结构以及性能的影响［J］ ． 合成纤维， 2010 ， 39 （ 3 ） ： 13 － 15．
2． 2
交联反应温度 由图 2 可看出， 随着反应温度的提高， 再生纤
图3 交联反应时间对再生纤维素纤维断裂强度的影响
Fig． 3 Effect of crosslinking time on breaking 反应温度为 50 ℃ 。 戊二醛质量分数： ■—2% ； ●—4% ； ▲—6% ； —8% strength of regenerated cellulose fiber