棉纖維在低共熔溶劑中的溶解與再生性能研究

鄧小楠 葉泗洪 白雪 李常鳳 劉方志 閆曉明

摘要 利用2種不同的低共熔溶劑溶解天然棉纖維，制備再生棉纖維;篩選出溶解度較高的低共熔溶劑，采用紅外光譜、X射線衍射、熱重、掃描電鏡等對(duì)棉纖維再生前后的纖維素結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明：氯化膽堿和乙酸以及氯化膽堿和草酸組成的低共熔溶劑可以較好地溶解棉纖維，溶解后的再生纖維素聚合度下降，結(jié)晶結(jié)構(gòu)與原始棉纖維結(jié)構(gòu)不同，同時(shí)再生棉纖維的熱穩(wěn)定性下降。

關(guān)鍵詞 低共熔溶劑;棉纖維;溶解;再生棉纖維

中圖分類號(hào) TQ31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2020）24-0178-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.24.050

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on the Solubility and Regeneration of Cotton Fiber in Deep Eutectic Solvent

DENG Xiaonan，YE Sihong， BAI Xue et al

（Cotton Research Institute of Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei， Anhui 230009）

Abstract Two kinds of deep eutectic solvents were used to dissolve the natural cotton fiber and prepare regenerated cellulose. The deep eutectic solvent with high solubility was selected and the structure of cellulose before and after regeneration was characterized by IR， XRD， TG and SEM. The results show that the deep eutectic solvent composed of Choline chloride and Acetic acid （oxalic acid） can dissolve the cotton fiber well， the degree of polymerization of the regenerated cellulose after dissolution decreases， the crystal structure is different from the original cotton fiber structure， and the thermal stability of the regenerated cotton fiber decreases.

Key words Deep eutectic solvent;Cotton fiber;Dissolving;Regenerated cotton fiber

天然纖維是自然界中蘊(yùn)藏量較大的資源，其中棉纖維的應(yīng)用與開發(fā)符合綠色環(huán)保以及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展要求[1]。在各種植物纖維素資源中，棉纖維的纖維素含量最高，達(dá)95%。棉花纖維素因其纖維長(zhǎng)度優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)中。與木材纖維素相比，棉花具有高結(jié)晶纖維素成分。因此，它一直被認(rèn)為是纖維素Iβ晶體研究的模型[2]。

棉纖維目前廣泛用于棉紡行業(yè)，近年來，棉纖維的功能化應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，例如納米棉纖維顆粒由于其高強(qiáng)度、高剛度、低重量、可再生性和抗菌抗皺等功能，引起了大家的興趣[3-6]。對(duì)棉纖維進(jìn)行功能化改性，最重要的是找到合適的綠色棉纖維溶劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑溶解棉纖維。近年來，許多學(xué)者正在不斷地探索棉纖維的綠色改性技術(shù)。低共熔溶劑（deep eutectic solvents，簡(jiǎn)稱DES）也稱為低共熔混合物或者深共晶溶劑，作為一種新型離子液體類似物，低共熔溶劑具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和成本低廉、制備過程簡(jiǎn)單、無毒、無蒸氣壓、易生物降解等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且可以通過調(diào)節(jié)組成成分的結(jié)構(gòu)和比例，賦予其特定的功能性及可調(diào)變性，因此在很多領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用[7-9]。DES的形成需要?dú)滏I給予體和氫鍵受體，通過混合鹽和氫鍵受體或者氫鍵供給體與鹽的陰離子來制備。有學(xué)者[10]研究棉花在氯化膽堿和草酸構(gòu)成的低共熔溶劑中溶解，能夠制備微納米棉纖維，草酸可以使纖維素纖維的親水晶面形成羧基，引起纖維的纖絲化并使晶面發(fā)生分裂形成低結(jié)晶度和片狀的納米纖維素。

目前對(duì)于棉纖維在低共熔溶劑中再生性能的研究鮮見報(bào)道。該研究利用氯化膽堿與不同酸混合形成的低共熔溶劑對(duì)棉纖維溶解，并對(duì)溶解前后纖維素的微觀形貌、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)及熱穩(wěn)定性進(jìn)行表征，以期為今后棉纖維的功能化改性提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

材料：棉纖維（合肥銀山棉麻股份有限公司）;氯化膽堿（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;草酸（Oxalic Acid，OA，生工生物工程股份有限公司，上海）;乙酸（Acetic Acid，AA，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;丙酮（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;乙醇（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海力辰邦西儀器科技有限公司）;磁力攪拌電熱套（CLT-1A，上海力辰邦西儀器科技有限公司）。

1.2 樣品預(yù)處理

采用CWJZ-30型粉碎機(jī)將棉漿粕粉碎至細(xì)小顆粒，并置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在50 ℃條件下烘干后以備用。

1.3 棉纖維在低共熔溶劑中的溶解

分別稱取一定量的草酸，乙酸與氯化膽堿以1∶2的比例混合，混合物置于廣口瓶?jī)?nèi)，密封瓶口，將電熱套的溫度設(shè)為100 ℃，待溫度達(dá)到后，將廣口瓶放入其中，加入攪拌子攪拌溶解。溶液完全溶解后，加入1%（質(zhì)量百分比）預(yù)處理棉纖維，持續(xù)加熱攪拌2 h，至溶液呈現(xiàn)透明黏稠狀。