选择性氧化法制备环境友好型功能棉纤维研究

摘要

本论文主要是在棉纤维分子中生成活性的醛基基团，在不使用任何交联剂或其它化学添加剂的条件下，利用醛基与胶原蛋白、壳聚糖分子上的氨基直接交联反应来制备绿色功能材料涂覆的棉纤维，解决了传统改性方法中采用化学交联剂而带来的负面影响，使棉纤维的绿色改性成为可能。 首先采用了高碘酸钠对棉纤维进行选择性氧化，使棉纤维分子中的葡萄糖基环上C2、C3位的两个相邻仲羟基氧化为醛基，研究了这种选择性氧化方法对棉纤维结构与性能的影响。在此基础上制备了强伸力保持率大于75％的载体棉纤维(是指既具有一定服用强伸力，又含有活性醛基的氧化棉纤维，可作为与其它含有-NH2等活性基团的绿色功能材料直接反应的理想载体，定义为载体棉纤维，简称CCF)。研究发现：棉纤维经高碘酸钠选择性氧化后产生失重，在高碘酸钠选择性氧化过程中始终伴随着棉纤维的降解。高碘酸钠局部有限选择性氧化后，棉纤维结晶度随着氧化剂浓度的降低而有所提高，深度氧化的棉纤维结晶度下降，且深度氧化后棉纤维结晶晶型从纤维素Ⅰ逐渐向无定形转变。高碘酸钠深度氧化后棉纤维的热分解起始点温度与醛基含量具有显著的负线性相关关系，FTIR、XPS结果显示高碘酸钠选择性氧化后棉纤维分子的葡萄糖基环上生成了活性醛基基团。制备载体棉纤维(CCF)工艺为：反应温度为55～60℃、氧化时间为1h、高碘酸钠浓度为0．0～2．0g/L，在此工艺条件下制得的载体棉纤维(CCF)的强伸力保持率大于75％，最大醛基含量达0．09lretool／g。 采用了高碘酸钠对棉纤维进行选择性氧化使棉纤维产生卷曲收缩这一特点，制备了弹力棉纤维(ElasticityCottonFiber，简称ECF)。研究发现：棉纤维经高碘酸钠选择性氧化后产生卷曲收缩，其收缩率与醛基含量密切相关，这种收缩作用为弹力棉纤维的起弹提供了必要条件。弹力棉纤维的结晶度比普通棉纤维低，且弹力棉纤维大分子上生成了活性醛基基团。弹力棉纤维具有良好的弹性伸长率和弹性回复率，弥补了普通棉纤维弹性差、易起皱的缺陷。 采用了对人体有极好亲和性的天然胶原蛋白分别对载体棉纤维(CCF)、弹力棉纤维(ECF)和普通棉纤维进行涂覆研究。发现：胶原蛋白涂覆后的载体棉纤维和弹力棉纤维的增重率均远远高于普通棉纤维，从理论上进一步证明了胶原蛋白与载体棉纤维、弹力棉纤维之间均通过共价键结合形成亚胺结构，胶原蛋白被牢固交联在棉纤维上。而胶原蛋白与普通棉纤维之间没有发现化学键结合，胶原蛋白只是物理吸附在普通棉纤维上。同时，采用了三种不同分子量壳聚糖分别对载体棉纤维(CCF)和普通棉纤维进行了交联研究。发现：壳聚糖涂覆后的载体棉纤维增重率远高于普通棉纤维，且小分子量壳聚糖处理的棉纤维增重率高于大分子量壳聚糖。三种不同分子量壳聚糖与载体棉纤维之间均通过希夫碱共价键形成了亚胺结构，壳聚糖与载体棉纤维发生了交联结合。 本论文在不使用化学交联剂或其它添加剂的条件下实现了棉纤维与胶原蛋白、壳聚糖之间的共价键交联结合，改变了传统方法中采用化学交联剂改造棉纤维的方法，使棉纤维的绿色功能改性成为可能。胶原蛋白和壳聚糖涂覆棉纤维的制备成功，进一步证明了载体棉纤维(CCF)和弹力棉纤维(ECF)可作为直接涂覆交联有用物质(主要是指分子中含有-NH3、-0H等活性基团的功能材料、纳米材料、生物活性材料等)的理想载体材料，为进一步开发制备各种新型的环境友好型功能棉纤维提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

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第1章序言

第2章棉纤维的高碘酸钠选择性氧化研究

第3章弹力棉纤维的制备及结构表征

第4章胶原蛋白涂覆棉纤维的制备及结构与性能研究

第5章壳聚糖涂覆棉纤维的制备及结构表征

第6章结论

参考文献

攻读学位期间发表或撰写的论文

致谢