1.红外谱图分析 物质的红外光谱图是分子结构的反映,谱图中出现的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。因此,采用红外光谱,对经过高碘酸钠选择性氧化的亚麻纤维及进而磺化处理的亚麻纤维进行红外光谱分析,从而验证是否实现成功接枝。
图9-2为接枝改性前后亚麻的红外光谱曲线。由图可知,氧化和磺化前后亚麻的红外光谱变化较大。曲线b与曲线a相比,曲线b在1731.55cm-1处出现了醛基的特征吸收峰,同时,b曲线在887.96cm-1处形成了半缩醛振动峰,可见亚麻纤维已被氧化成二醛基纤维。醛基与亚硫酸氢钠亲核加成产物是α-羟基磺酸钠,曲线c和曲线b相比,伴随着曲线c中1731.55cm-1处的醛基吸收峰和887.96cm-1处的半缩醛峰的消失,在1350cm-1和1120.73cm-1处出现了两个独立的吸收峰,前者是磺酸基不对称伸缩振动峰,后者是伸缩振动峰,并且在1199.96cm-1处出现了伸缩振动带,说明磺酸基已成功接枝亚麻。
2.X射线衍射谱图分析 图9-3为改性前后亚麻纤维的X射线衍射曲线图谱。由曲线a、b、c可知,3条X射线衍射曲线形状相似,且3条曲线中各衍射峰的衍射角2θ度数基本相同,均为亚麻纤维的特征衍射峰。其衍射特征峰的衍射角分别为14.876°、22.751°和14.892°、22.849°以及14.916°、22.897°,说明高碘酸钠的氧化和亚硫酸氢钠的磺化不会引起亚麻纤维内部微细结构本质上的改变。同时,比较a、b和c衍射曲线的强度,da=3.90536、db=3.88895、dc=3.88079,氧化亚麻纤维和磺化亚麻纤维的晶区衍射峰较原样相比略有降低,说明改性剂主要作用在亚麻纤维的无定形区,与亚麻纤维晶区的分子略有反应。
图9-2 亚麻纤维红外谱图
高碘酸钠对亚麻纤维的氧化,是一个开环反应,而轻度氧化亚麻纤维的断裂强力损失率并不像想象中的那么大,在此可以得出一个合理的解释。亚硫酸氢钠的水溶液在空气中可以被氧化生成硫酸,酸性质子对可以切断亚麻纤维葡萄糖环中的苷键,从而对经过氧化后的亚麻纤维进一步损伤,所以c曲线的衍射峰有所降低,也可由此说明这一损伤作用很少发生在亚麻纤维的结晶区。(www.xing528.com)
3.扫描电镜图像分析 图9-4为改性前后亚麻纤维放大2000倍的扫描电镜照片。从扫描效果来看,改性前后的亚麻纤维表面均有不同量的纤维杂屑,但这不影响照片的结果分析。亚麻原样纤维的表面相对比较光滑整齐,经过改性的亚麻纤维表面有侵蚀的窝点出现,并且有明显的剥损条痕。亚麻纤维在微观结构上由结晶区和非结晶区组成,在结晶区,分子堆砌紧密,氢键数量多,试剂不易进入,可及度低,反应性能差;在无定形区,分子堆砌疏松,氢键数量少,空隙多,易被试剂渗入,可及度高,反应性能好。因而亚麻纤维的氧化和磺化反应主要是在无定形区进行,随着纤维素葡萄糖环被打开,纤维大分子间的作用力逐渐减弱,纤维大分子间的结构变得松散,从而引起纤维参差不齐的形貌变化。窝点、剥损条痕这一参差不齐的表象,一方面实质性地增大了纤维无定形区的程度,提高了染化药剂的渗透性能;另一方面也说明了改性剂对亚麻纤维作用的不均衡性,与染化药剂对纤维的上染类似。
图9-3 亚麻纤维的X射线衍射曲线谱图
图9-4 亚麻纤维扫描电镜照片
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