羧甲基棉花纖維素的制備與結構表征

胡曉黎，苑化彬，佐 潔，任 虹，杜未林

（四川文理學院 化學化工學院，四川 達州 635000）

纖維素作為自然界儲量最豐富的天然生物質資源，它由D-吡喃型葡萄糖苷鍵連接而成的高分子多糖，是天然的可再生生物質高分子材料，來源廣泛，可生物降解；分子中存在大量易于反應的化學基團，作為改性基質，［1-2］改性后可被廣泛用于各類醫用材料、金屬離子污染物吸附劑等.［3-5］目前，纖維素的改性主要分為氧化改性、酯化改性、醚化和接枝改性等，［5-8］改性主要集中于微晶等纖維素.以脫脂棉作為纖維素改性基質的研究較少，本文僅就脫脂棉在不同堿化條件下的羧甲基化改性的不同工藝進行初步比較研究.合成路線見圖1.

圖1 羧甲基纖維素合成路線

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

1.1.1 實驗試劑

氯乙酸，國藥集團化學試劑有限責任公司；脫脂棉，興化市健康脫脂棉有限公司；其余試劑均為分析純，購自成都市科龍化工試劑廠.

1.1.2 實驗儀器

傅里葉變換紅外光譜儀FTIR-7600，天津港東科技發展股份有限公司；電熱鼓風干燥箱101-2AB，天津市泰斯儀器有限公司；分析天平AB204-N，蘇州市中澤儀器有限公司；電子調溫電熱套DZTW，天津市泰斯儀器有限公司.

1.2 羧甲基脫脂棉纖維素的制備［9-10］

（1）取5g脫脂棉于圓底燒瓶中，加入22ml質量分數為25%NaOH溶液，堿化一小時.4.167g氯乙酸溶于3ml蒸餾水中，即脫脂棉纖維素（單元）與氯乙酸物質的量之比為7:10，［11］逐滴加入燒瓶中.保溫65℃，每20-30min測pH值，并用NaOH溶液將pH值調節在8-10之間.反應7h后，用稀HCl調pH值至3，蒸餾水洗至中性，抽濾，于80℃烘干得1#樣品.

（2）重復（1）的制備過程，氯乙酸用量為8.334g，即脫脂棉纖維素（單元）與氯乙酸物質的量之比為7:20，得2#樣品.

（3）取5g脫脂棉于圓底燒瓶中，加入過量25%NaOH溶液，堿化一小時，將脫脂棉中液體吸除.將4.167g氯乙酸溶于3ml水溶液，與11ml25%NaOH溶液混合，即氯乙酸與氫氧化鈉的物質的量之比為1:1，加入圓底燒瓶中.保溫65℃，每20-30min測其pH值，用NaOH溶液將pH值調節在8-10之間.反應7h后，用稀HCl調pH值至3，蒸餾水洗至中性，抽濾，于80℃烘干得3#樣品.

1.3 羧甲基脫脂棉纖維素取代度測定［11］

氫氧化鈉與鹽酸標準溶液的配制配制0.2mol/LNaOH粗溶液，以酚酞為指示劑，用鄰苯二甲酸氫鉀進行標定，測得NaOH標準溶液濃度為0.1984mol/L；配制0.1mol/LHCl粗溶液.以酚酞為指示劑，用上述NaOH標準溶液進行標定，測得HCl標準溶液濃度為0.1043mol/L.

羧甲基脫脂棉取代度測定準確稱取一定量剪碎羧甲基脫脂棉，加入20.00mlNaOH標準溶液、20ml蒸餾水，靜置半小時.以酚酞為指示劑，用HCl標準溶液滴定至溶液剛剛褪色為止，記錄所用鹽酸標準溶液的體積.

2 結果與討論

2.1 紅外圖譜分析

脫脂棉以及羧甲基脫脂棉產品，剪刀剪碎，以KBr壓片，掃描并記錄其紅外吸收光譜.紅外譜圖見圖2.

圖2 脫脂棉及羧甲基脫脂棉纖維素紅外光譜圖

從圖2可以看出，脫脂棉在3442cm-1處出現一個較寬的羥基的吸收峰；2888cm-1處的吸收峰對應-CH2、CH的伸縮振動，1056cm-1處的吸收峰為C-O-C的伸縮振動.在脫脂棉羧甲基化之后，在1733cm-1的位置，出現了一個非常強的羧基的-C=O的伸縮振動峰，說明羧甲基化取代成功.

2.2 取代度的測定

樣品羧甲基取代度測定數據見表1.

表1 樣品羧甲基取代度分析數據

取代度（DS）的公式［12］如下：

其中n1為樣品中羧甲基含量；n2為所取樣品中糖原的物質的量;m為所取樣品質量.根據所得結果計算平均取代度，詳見表1.

實驗結果表明，2#樣品取代度較1#樣品高，說明氯乙酸用量對取代度有影響，在一定范圍內，增加氯乙酸用量，有利于提高脫脂棉羧甲基化取代程度.堿化完成后吸除多余的堿液的工藝過程，羧甲基脫脂棉取代度略低于不吸除的過程，說明多余堿液在后續羧甲基化過程中依然在起作用.

結 論

本文探討了不同堿化方式對脫脂棉羧甲基化的影響，用酸堿滴定測定了其取代，并用紅外光譜圖對其結構進行了初步表征.結果表明，脫脂棉在1733cm-1處新增加強烈的羧基吸收峰，說明羧甲基取代成功.對3個樣品進行取代度分析，結果表明：2#樣品取代度最高.所用合成工藝條件為：用質量分數為25%NaOH溶液，脫脂棉纖維素（單元）與氫氧化鈉物質的量之比為1:4，堿化一小時，加入脫脂棉纖維素（單元）與氯乙酸物質的量之比為7:20的氯乙酸溶液，保溫65℃，其間保持pH值在8-10，反應時間為7h.