金属离子凝固浴对海藻酸纤维结构与性能的影响

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海藻酸纤维是近十年来新兴的再生纤维,具有良好的吸湿性和舒适性,有望实现在纺织品领域的大批量应用。但是海藻酸纤维在实际生产中依然存在以下问题:一是不同季节、不同批次的海藻酸钠原料具有较大的性能差异,而微小的变化都会对纺制的海藻酸纤维的性能有较大的影响;二是在海藻酸纤维的纺制过程中,大多只使用氯化钙为凝固浴,而获得的海藻酸钙纤维断裂强力和伸长率较差,导致纤维脆性较大,严重影响了海藻酸纤维在纺纱织布环节的加工。针对上述问题,本文研究了不同来源海藻酸钠原料的物理参数与机械性能的关系,并采用多价金属离子与钙离子复配凝固浴来进行湿法纺丝,制备了含多种金属离子的海藻酸纤维,以提高海藻酸纤维的机械性能,并改善了海藻酸纤维的阻燃与抑菌性能。首先,利用13C固体核磁测试分析海藻酸钠中两种分子构象β-D-甘露糖醛酸(M基团)和α-L-古罗糖醛酸(G基团)的含量和M/G值;采用渗透凝胶色谱测试了海藻酸钠的分子量和聚合度;用粘度仪了测试了海藻酸钠溶液的粘度。机械性能测试发现:湿法纺丝制备的12种海藻酸纤维在M/G值为1.3左右时机械性能最好。选用具有最佳物理机械性能的海藻酸钠原料,通过改变凝固浴中二价金属离子Zn2+、Ba2+和Cu2+与钙离子的摩尔比,湿法纺丝制备了海藻酸纤维。FT-IR和元素能谱测试(EDS)表征了海藻酸分子链中G基团与金属离子的结合方式为双齿螯合配位。海藻酸纤维的热重和极限氧指数测试结果表明:复配凝固浴制备的海藻酸纤维的阻燃性能优于海藻酸钙纤维。与海藻酸钙纤维相比,金属离子与海藻酸钙的结合稳定性高于钙,所以,海藻酸纤维的断裂强力和伸长率提高了40~75%。相反,由于海藻酸与三种金属离子的亲和性不同,所以海藻酸纤维在溶液中与钠离子的交换能力不同,导致其吸水性能降低。复配海藻酸纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性有较大的差距。同时,通过改变凝固浴中三价金属离子Al3+和Cr3+与钙离子的摩尔比,湿法纺丝法制备了海藻酸纤维。FT-IR和13C NMR表征了海藻酸分子链中G基团与金属离子的结合方式为双齿螯合配位。海藻酸纤维的燃烧测试结果表明:复配海藻酸纤维具有更低的热稳定性和更高的LOI值;复配海藻酸纤维的断裂强力和伸长率提高了65~85%;复配海藻酸纤维在溶液中与钠离子的交换能力降低,导致其吸水率降低。铝-海藻酸纤维对大肠杆菌有较好的抑菌性。
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