选择性氧化法制备环境友好型功能棉纤维研究

论文摘要

传统的改性技术在赋予棉纤维功能的同时,对生态环境和人体健康危害严重,很难达到当今倡导的绿色生产与生态纺织品的标准。因此,改革传统的棉纤维改性技术,开发对环境无污染的棉纤维绿色改性技术已成为棉纤维研究领域中的热点课题。通过绿色技术改性棉纤维得到生态环保的功能棉纤维产品被誉为环境友好型功能棉纤维。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。本论文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5560℃、氧化时间为1h、高碘酸钠浓度为0.02.0g/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0.091mmol/g。论文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（Elasticity Cotton Fiber,简称ECF）。研究发现:棉纤维

论文目录

• 提 要
• ABSTRACT
• 第1章 序言
• 1.1 环境友好型棉纤维生产技术的研究进展
• 1.1.1 棉纤维的发展历史
• 1.1.2 棉纤维的组成及结构
• 1.1.3 棉纤维传统改性技术
• 1.1.4 棉纤维绿色改性技术
• 1.2 本研究的提出
• 1.2.1 氧化纤维素的发展概况
• 1.2.2 选择性氧化纤维素的应用
• 1.2.3 纤维素的氧化
• 1.2.4 纤维素的选择性氧化及其氧化体系
• 1.2.5 氧化纤维素的前景展望
• 1.3 本论文研究的主要内容及其意义
• 1.3.1 本课题研究的内容
• 1.3.2 本课题研究的意义
• 第2章 棉纤维的高碘酸钠选择性氧化研究
• 2.1 纤维素的选择性氧化研究概况
• 2.2 高碘酸钠选择性氧化棉纤维
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 选择性氧化棉纤维失重情况
• 2.2.2.2 选择性氧化棉纤维醛基含量分析
• 2.2.2.3 不同反应温度下氧化棉纤维的失重率与醛基含量分析
• 2.2.2.4 选择性氧化对棉纤维聚合度的影响
• 2.2.2.5 高碘酸钠选择性氧化对棉纱线纤度的影响
• 2.2.2.6 棉纤维微观形态（SEM 分析）
• 2.2.2.7 棉纤维的聚集态结构
• 2.2.2.7.1 棉纤维 X 射线衍射分析
• 2.2.2.7.2 棉纤维红外光谱分析
• 2.2.2.7.3 棉纤维热分析
• 2.2.2.8 棉纤维的力学特征
• 2.2.2.8.1 棉纤维的强伸力分析
• 2.2.2.8.2 棉纤维的弹性特征
• 2.2.2.8.3 棉纤维的初始模量
• 2.2.3 结论
• 2.3 载体棉纤维（CCF）的制备及其结构与性能研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 实验结果与分析
• 2.3.2.1 高碘酸钠有限氧化后棉纤维失重率与醛基含量分析
• 2.3.2.2 局部有限氧化的棉纤维聚集态结构分析
• 2.3.2.2.1 棉纤维 X 射线衍射测试
• 2.3.2.2.2 棉纤维 DTA 测试
• 2.3.2.2.3 棉纤维红外光谱分析
• 2.3.2.2.4 棉纤维电子能谱（XPS）测试
• 2.3.2.3 高碘酸钠局部有限氧化后棉纤维的力学性能
• 2.3.2.3.1 有限氧化的棉纤维强伸力测试
• 2.3.2.3.2 有限氧化的棉纤维弹性特征分析
• 2.3.2.3.3 有限氧化的棉纤维初始模量分析
• 2.3.2.4 载体棉纤维（CCF）的定义及力学性能测试
• 2.3.3 结论
• 第3章 弹力棉纤维的制备及结构表征
• 3.1 实验材料与方法
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 棉纤维的收缩率
• 3.2.2 棉纤维收缩率对棉纱线纤度的影响
• 3.2.3 棉纤维微观形态结构（SEM 分析）
• 3.2.4 棉纤维聚集态结构分析
• 3.2.4.1 弹力棉纤维的 X 射线衍射分析
• 3.2.4.2 弹力棉纤维的红外光谱测试
• 3.2.4.3 弹力棉纤维的 DSC 测试
• 3.2.4.4 弹力棉纤维的热失重（TG）分析
• 3.2.5 弹力棉纤维（ECF）的力学性能
• 3.2.6 弹力棉纤维（ECF）的弹性形成原理
• 3.3 结论
• 第4章 胶原蛋白涂覆棉纤维的制备及结构与性能研究
• 4.1 胶原蛋白的应用及发展概况
• 4.2 胶原蛋白涂覆棉纤维的意义
• 4.3 实验材料与方法
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 胶原蛋白涂覆棉纤维的制备原理
• 4.4.2 棉纤维增重情况
• 4.4.2.1 处理时间对胶原蛋白涂覆载体棉纤维增重率的影响
• 4.4.2.2 胶原浓度对载体棉纤维增重率的影响
• 4.4.2.3 反应温度对载体棉纤维增重率的影响
• 4.4.2.4 反应液pH 值对载体棉纤维增重率的影响
• 4.4.2.5 胶原蛋白涂覆的载体棉纤维增重情况
• 4.4.2.6 胶原蛋白涂覆的弹力棉纤维增重情况
• 4.4.3 棉纤维微观形态分析
• 4.4.4 棉纤维红外光谱分析
• 4.4.5 棉纤维XPS分析
• 4.4.6 棉纤维X射线衍射分析
• 4.4.7 棉纤维 DTA 分析
• 4.4.8 棉纤维力学性能
• 4.4.8.1 载体棉纤维的强伸力测试
• 4.4.8.2 载体棉纤维的弹性特征
• 4.4.8.3 弹力棉纤维力学性质
• 4.5 结论
• 第5章 壳聚糖涂覆棉纤维的制备及结构表征
• 5.1 壳聚糖的应用及发展前景
• 5.2 壳聚糖涂覆棉纤维的意义
• 2O₂氧化降解法制备低分子量壳聚糖'>5.3 H₂O₂氧化降解法制备低分子量壳聚糖
• 5.3.1 实验材料与方法
• 5.3.2 实验结果与分析
• 5.3.2.1 降解后壳聚糖分子量的测定
• 5.3.2.2 降解前后壳聚糖脱乙酰度的测定
• 5.3.2.3 降解前后壳聚糖的X射线衍射分析
• 5.3.2.4 降解前后壳聚糖的红外光谱分析
• 5.3.3 结论
• 5.4 壳聚糖涂覆棉纤维
• 5.4.1 实验材料与方法
• 5.4.2 实验结果与分析
• 5.4.2.1 壳聚糖与棉纤维的反应机理
• 5.4.2.2 棉纤维增重情况
• 5.4.2.2.1 处理时间、温度对壳聚糖涂覆载体棉纤维增重率的影响
• 5.4.2.2.2 壳聚糖溶液pH 值对载体棉纤维增重率的影响
• 5.4.2.2.3 壳聚糖浓度对载体棉纤维增重率的影响
• 5.4.2.2.4 壳聚糖涂覆的载体棉纤维增重情况
• 5.4.2.2.5 不同分子量壳聚糖处理后棉纤维增重情况
• 5.4.2.3 棉纤维微观形态分析
• 5.4.2.4 棉纤维红外光谱分析
• 5.4.2.5 棉纤维 XPS 分析
• 5.4.2.6 棉纤维 X 射线衍射测试
• 5.4.2.7 壳聚糖涂覆后载体棉纤维的力学性能
• 5.4.3 结论
• 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
• 中文详细摘要