防蚊再生纤维素纤维的制备及性能研究

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近年来,随着社会的发展和消费水平的提高,人们对服装的舒适性和功能保健性等提出了更高的要求。许多疾病源于蚊虫叮咬,影响了人们的健康甚至威胁到生命,预防蚊虫叮咬的研究一直受到人们的广泛重视,防蚊功能性纺织品的开发势在必行。目前获得防蚊纺织品主要有两种途径,一是通过后整理获得防蚊功能,另一种是通过制备功能性纤维材料来实现,采取后整理开发防蚊织物,其效果不佳、维持时间短,水洗后防蚊效果大幅下降,必须经过再次处理,为了使产品驱蚊功能长时间有效,这就需要寻求另外一种防蚊织物开发的途径,防蚊纤维的开发刚好能够弥补这些不足,随着耕地的减少和石油资源的日益枯竭,人们在重视纺织品环保性能的同时认识到再生纤维素纤维开发的重要性,再生纤维素纤维原料来源于纤维素,纤维素是可再生的自然资源,同时再生纤维素纤维还有其他纤维无法比拟的优良特性,如良好吸湿性、穿着舒适性,环保性以及可自然降解,作为纺织纤维,功能性再生纤维素纤维一直是功能性纺织品开发的重要原料之一。本课题以香蒲绒纤维与纤维素浆泊为原料,通过添加高效天然驱蚊剂,采用共混纺丝法,利用铜氨溶液湿法纺丝制备防蚊再生纤维素纤维。作者对实验原材料进行前处理,利用自制湿法纺丝实验设备,进行系列纤维制备实验,探讨了不同纺丝工艺参数对纤维性能的影响,并对制备防蚊再生纤维素纤维的防蚊效果进行测试与分析。首先,对实验原材料香蒲绒纤维的化学成份进行分析,并做了提纯与活化前处理。发现香蒲绒纤维蜡质含量较高,为了提高香蒲绒纤维在铜氨溶液中的溶解度,自行设计了香蒲绒纤维提纯的工艺流程,采用乙醇与苯的混合物对蜡质进行去除,果胶的去除采用草酸铵,利用稀硫酸与碳酸氢钠不停的循环处理,去除木质素与半纤维素。对提纯后的纤维纤维素进行红外光谱测试,结果表明提纯效果较好;为了进一步提高纤维素在铜氨溶液中的溶解度,利用15%的氢氧化钠与15%的稀硫酸对香蒲绒纤维进行活化处理,通过对纤维素聚合度、红外光谱及XRD测试分析,结果表明:不论是碱活化还是酸活化,纤维素的聚合度与结晶度均下降,都破坏了纤维素分子内部的部分氢键,使得自由羟基的数目增多,为纤维素的溶解起到了积极的作用,相对而言碱活化效果更好。其次,在光学显微镜下观察了纤维素在铜氨溶液的溶解过程,对铜氨溶液的溶解度进行了分析,对纤维素铜氨溶液的流变性能做了研究。结果显示纤维素在铜氨溶液中首先发生溶胀,接着纤维素分子链不断发生断裂,最终纤维素完全溶解;经活化后的纤维素在铜氨溶液中的溶解度显著提高,同时纤维素在铜氨溶液中的溶解度随着Cu2+浓度的升高而增大,从经济利益考虑Cu2+的含量应控制在18-20%之间;温度越低纤维素在铜氨溶液中的溶解度越高,本课题既定温度是0℃。纤维素在铜氨溶液中的溶解较快,大约2h左右就能完全溶解;纤维素铜氨溶液的流变性对浓度、温度依赖性较高,流变行为不易控制,纺丝成型过程中稳定性难以控制,通过实验现场观察进行天然防蚊剂优选,确认香茅醛与薄荷油防蚊效果较好。再次,研究了凝固条件对防蚊初生纤维结构与拉伸性能的影响。认为不同凝固条件下制备的初生纤维结构不同,应采用浓度为20%的氢氧化钠凝固浴,凝固浴的温度为30℃,凝固时间不宜太久,在此工艺下制备初生纤维其结构均匀且拉伸性能较好;初生纤维的拉伸性能与水分含量的关系较大,在湿热拉伸条件下,获得防蚊纤维拉伸性能较好,相反初生纤维水分含量较低时,纤维拉伸时表现为脆性,纤维强度较低。最后,对防蚊再生纤维素纤维进行了电镜扫描、红外光谱(FT-IR)和XRD、拉伸性能以及防蚊效果测试与分析,与普通铜氨纤维做了类比。结果表明防蚊再生纤维素纤维横截面有明显的空腔,与普通纤维相比纤维强度与结晶度均下降,其他方面相差不大,防蚊纤维的防蚊效果较好,驱蚊率可达到73%,是一种有很好前景的防蚊功能性再生纤维素纤维。
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