謝婉婷， 劉其海,2,， 賈振宇,2,， 朱小花， 王榮輝

(1. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院， 廣東 廣州 510225； 2. 廣東維芊科技有限公司， 廣東 佛山 528216； 3. 湛江博泰生物化工科技實(shí)業(yè)有限公司， 廣東 湛江 524051)

超吸水纖維具有高吸水能力，能夠吸收自身質(zhì)量幾十到幾百倍的水，在幾秒內(nèi)即可達(dá)到吸水平衡，且吸水后能夠承受較高的壓力而沒有水滲出。超吸水纖維產(chǎn)品多以纖維墊或膜的形式呈現(xiàn)，具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能更快速地吸收水分，吸水溶脹后可很好地保持形態(tài)，不會出現(xiàn)錯(cuò)位或滑動(dòng)現(xiàn)象，在一次性衛(wèi)生用品、保鮮材料、過濾和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。

有關(guān)超吸水纖維材料的研究，美國Camelot Super Absorbents公司、日本東洋紡公司以及英國 TAL公司處于領(lǐng)先地位，并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[3-4]。我國對超吸水纖維的研究起步較晚，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的生產(chǎn)并不多，因此，必須加大研發(fā)力度。當(dāng)前超吸水纖維的主要研究方向有2個(gè)方面：一是對天然纖維進(jìn)行物理或化學(xué)親水改性;二是利用高吸水樹脂進(jìn)行溶液紡絲[5]。天然纖維主要依靠物理作用吸水，其吸水后受擠壓極易釋放，保水性能差。對天然纖維進(jìn)行化學(xué)改性引入羧基等親水性基團(tuán)，可提高其吸水性能及保水能力[6-7]。但天然纖維強(qiáng)度及耐堿度低，在改性過程中極易發(fā)生變性導(dǎo)致纖維變黃甚至溶解，因此，要獲得具有高吸水倍率且形態(tài)保存完整的超吸水纖維，還需對纖維的改性方法和羧基取代度做深入探討[8]。

為獲得具有良好吸水性能的超吸水纖維膜，本文以氯乙酸作為改性劑，對堿化處理的棉纖維進(jìn)行羧甲基改性，并采用溶劑分散法使改性后的纖維均勻分散與鋪展形成超吸水纖維膜材料?？疾炝寺纫宜嵊昧?、反應(yīng)溫度、NaOH濃度等制備條件對纖維膜吸水性能的影響，探討了羧甲基取代度與纖維溶解性之間的關(guān)系，以提高纖維膜吸水和保水性能，并使纖維膜保持較好的力學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

材料：100%脫脂棉，魯荷械備20140032號，曹縣華魯衛(wèi)生材料有限公司；一氯乙酸，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；異丙醇、氫氧化鈉，分析純，天津市百世化工有限公司；無水乙醇、冰醋酸、氯化鈉，分析純，西隴科學(xué)股份有限公司；0.101 2 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，深圳市碳拓科技有限公司。

儀器：DF-101Z型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南予華儀器有限公司；高精度電子天平，寧波市天宇衡器有限公司；HIL-450Af型電熱恒溫干燥箱，廣州旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；E-201F型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器公司；800型離心機(jī)，常州市同創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器廠；0.150 mm網(wǎng)篩，浙江上虞市道墟通用紗篩廠；EVO18型掃描電子顯微鏡，德國蔡司公司；Spectrum100型傅里葉紅外光譜儀，美國Perkim-Elmer公司；UltimaIV型X射線衍射儀，日本理學(xué)株式會社；TGA2型熱重分析儀，瑞士Mettler Toledo公司；CMY6503型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，美特斯深圳工業(yè)有限公司。

1.2 超吸水纖維膜的制備

超吸水纖維膜的制備過程如圖1所示，主要包括以下5個(gè)制備步驟。

圖1 超吸水纖維膜制備路線示意圖

纖維溶脹：稱取4 g棉纖維于燒杯中，加入一定量異丙醇使棉纖維完全浸沒，將燒杯用保鮮膜密封后置于磁力攪拌器中，設(shè)定溫度為30 ℃，恒溫放置40 min。

纖維堿化：在上述燒杯中加入32 mL一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液，升高溫度至45 ℃攪拌30 min，然后靜置1 h，使棉纖維與氫氧化鈉充分反應(yīng)獲得纖維素鈉，反應(yīng)期間溫度保持不變。

取代反應(yīng)：取一定質(zhì)量的氯乙酸溶解在10 g的異丙醇中，并緩慢加入燒杯中，調(diào)節(jié)至一定溫度反應(yīng)8 h后獲得改性棉纖維。

純化處理：將反應(yīng)后獲得的改性棉纖維用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值至7，然后用80%乙醇及無水乙醇洗滌3次，最后置于65 ℃烘箱中烘干。

纖維膜成形：將純化后的改性纖維放入250 mL去離子水中攪拌至纖維均勻分散，此時(shí)部分溶解的改性纖維使溶劑變得黏稠，攪拌使纖維間相互纏繞黏結(jié)。將均勻分散的混合物平均倒入3個(gè)直徑為200 mm的培養(yǎng)皿中，靜置約30 min，成膜后放入烘箱中于50 ℃恒溫蒸發(fā)溶劑，獲得吸水纖維膜樣品。

1.3 測試與表征

1.3.1 纖維膜羧甲基取代度測試

將纖維膜剪碎磨粉后取0.20 g(精度為0.01 g)溶于80 mL去離子水中，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為8；然后用硫酸滴定溶液至pH值為3.74，滴定終點(diǎn)時(shí)記錄硫酸用量。按照下式[9]計(jì)算超吸水纖維膜的取代度(DDS)：

式中：B為樣品中羧甲基的含量，mmol/g;C為標(biāo)準(zhǔn)H2SO4溶液的濃度，其值為0.101 2 mol/L；V為所用硫酸溶液的體積，mL；m為超吸水纖維膜的質(zhì)量，g。

1.3.2 纖維膜吸水性能測試

將纖維膜置于25 ℃，相對濕度為60%的大氣環(huán)境中停留24 h，然后稱取一定質(zhì)量m1(g)的試樣于100 mL去離子水中浸泡24 h確保吸水完全；最后將試樣置于孔徑為0.150 mm的篩網(wǎng)中隔水30 min，稱量纖維膜的質(zhì)量m2(g)。按照下式[10]計(jì)算超吸水纖維膜的吸水倍率：

稱取一定質(zhì)量m3(g)纖維膜置于0.9% NaCl溶液中吸液至飽和，將吸液后的試樣放入離心管中，在離心機(jī)中以500 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min，離心后棄去上層液體并稱取纖維膜質(zhì)量m4。保水倍率的計(jì)算方式[11]可參照吸水倍率公式。

1.3.3 纖維膜力學(xué)性能測試

將纖維膜裁剪成10 mm×60 mm的長條，利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試其力學(xué)性能。測試夾距為40 mm，拉伸速度為10 mm/min。每個(gè)樣品測試3次，取平均值。

1.3.4 纖維膜化學(xué)結(jié)構(gòu)測試

利用傅里葉紅外光譜儀測試吸水纖維膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)。將纖維膜磨粉后與KBr混合壓片，設(shè)定掃描范圍為4 000～500 cm-1，分辨率為 4 cm-1，掃描次數(shù)為8。

1.3.5 纖維膜微觀結(jié)構(gòu)觀察

利用掃描電子顯微鏡在10 kV的掃描電壓下觀察纖維膜的表面微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.6 纖維膜熱穩(wěn)定性測試

利用熱重分析儀在N2為保護(hù)氣，氣體流量為50 mL/min，升溫速度為10 ℃/min的條件下測試?yán)w維膜在38～600 ℃之間的質(zhì)量變化。

1.3.7 纖維膜結(jié)晶結(jié)構(gòu)測試

利用X射線衍射儀測試?yán)w維膜的晶型結(jié)構(gòu)。測試條件為：CuKβ靶，管電壓40 kV，管電流100 mA，掃描2θ范圍10°～60°，掃描步長0.01°，掃描速度10 (°)/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維膜的結(jié)構(gòu)和性能分析

2.1.1 纖維膜的形貌分析

圖2為吸水纖維膜吸水前后的宏觀形態(tài)圖片。由圖2(a)可看出，圖中白色較深部分是由于停止攪拌后，部分纖維在水中纏繞分散不均勻所導(dǎo)致的，纖維膜厚度在0.30～0.45 mm之間，厚度比較均勻。由圖2(b)可看出，纖維膜吸水后纖維膨脹形成水凝膠狀，并能保持良好的形態(tài)而不溶解。由圖2(c)可看出，纖維膜吸水后仍具有一定力學(xué)性能，不因吸水飽和后受重力作用而斷裂，懸掛時(shí)纖維膜上幾乎無水滴出，可見纖維膜保水性能良好。

圖2 超吸水纖維膜吸水前后實(shí)物圖

為觀察改性前后纖維形態(tài)的變化，在棉纖維質(zhì)量為4 g,氯乙酸質(zhì)量為6 g,反應(yīng)溫度為70 ℃,反應(yīng)時(shí)間為8 h(后文2.1節(jié)均采用該工藝分析)，探索不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理超吸水纖維膜的結(jié)構(gòu)與其吸水性能的關(guān)系，對吸水纖維膜進(jìn)行掃描電鏡分析如圖3所示。由圖3(a)、(b)可看出：未改性棉纖維具有一定的螺旋度，纖維呈扁平狀且表面較平整；改性后纖維表面出現(xiàn)較多大小均勻的螺紋，纖維膨脹圓潤，推測在改性處理時(shí)，異丙醇及NaOH的處理使纖維膨脹，因此纖維直徑變大，同時(shí)由于攪拌作用纖維不斷旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致其表面出現(xiàn)均勻螺紋[12-13]，螺紋狀有利于增大纖維的比表面積，使纖維吸液量提高的同時(shí)也加快了吸液速度。對比圖3(b)、(c)可看出，改性纖維成膜后纖維之間相互纏繞黏連，此結(jié)構(gòu)有利于纖維膜在水中保持穩(wěn)定形態(tài)而不溶解。對比圖3(c)、(d)可看出，隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維膜中纖維間纏繞更緊密，且部分纖維發(fā)生坍塌變性形態(tài)難以保存完整，可推測NaOH的加入量對纖維膜形態(tài)具有一定的影響。

圖3 改性前后棉纖維和纖維膜掃描電鏡照片(×2 000)

2.1.2 纖維膜化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

為研究改性前后超吸水纖維膜與棉纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，探討羧基在纖維上的取代情況，利用傅里葉變換紅外光譜儀對棉纖維及超吸水纖維膜樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)測試，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理的超吸水纖維膜紅外光譜圖

由圖 4可知：改性后纖維膜在3 442 cm-1附近—OH的伸縮振動(dòng)峰有所增強(qiáng)，且隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高其增強(qiáng)趨勢明顯，這可能是由羧酸上的羥基數(shù)量增加引起的；所有纖維膜在2 897 cm-1附近的紅外吸收峰為C—H伸縮振動(dòng)峰；改性后纖維膜在1 609和1 410 cm-1附近出現(xiàn)吸收峰，其可能為羧酸基團(tuán)引起的吸收峰，但由于反應(yīng)引入的是羧甲基基團(tuán)，因此，與羧酸特征峰不完全重疊，且隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，這2個(gè)吸收峰均逐漸增強(qiáng)，推測NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大有利于羧甲基取代反應(yīng)的進(jìn)行，因此，羧基吸收峰強(qiáng)度增大[14]。改性后纖維膜在1 315 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰為羧基的C—O伸縮振動(dòng)峰，在1 073 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰為C—O—C伸縮振動(dòng)峰，隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，這些吸收峰也逐漸增強(qiáng)。由此可判斷，在一定范圍內(nèi)，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加能夠一定程度上提高棉纖維的羧甲基取代度[15]。

2.1.3 纖維膜熱穩(wěn)定性分析

不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)制備的吸水纖維膜的熱穩(wěn)定性測試結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯?，未改性棉纖維的質(zhì)量損失過程分為3個(gè)階段，整個(gè)過程質(zhì)量損失率接近100%，第2階段質(zhì)量損失溫度在330～370 ℃之間。不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)改性后纖維膜的質(zhì)量損失曲線趨勢大體一致，質(zhì)量損失率介于60%～72%之間，其第2階段質(zhì)量損失溫度在230～340 ℃之間。對比改性前纖維質(zhì)量損失曲線可發(fā)現(xiàn)，改性后纖維膜裂解溫度明顯降低，纖維熱穩(wěn)定性變差，可能是NaOH處理過程中纖維結(jié)晶形態(tài)遭到破壞，使纖維結(jié)構(gòu)由有序性向無序性轉(zhuǎn)變所致的。另外也可能是由于反應(yīng)引入了羧甲基基團(tuán)，增大了纖維分子間的空間位阻，使纖維空間結(jié)構(gòu)變得更松散，熱穩(wěn)定性有所降低。改性后的吸水纖維膜殘?zhí)剂肯鄬^大，原因可能為反應(yīng)中引入的—CH2COOH使纖維中的碳含量增加，因此，最終的熱解殘?zhí)剂吭黾印?/p>

圖5 不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理的超吸水纖維膜的熱穩(wěn)定曲線

將各纖維膜樣品質(zhì)量損失數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示?？煽闯觯琋aOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對纖維膜初始熱解溫度的影響不大，但纖維的集中熱解溫度及總質(zhì)量損失率隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸降低。推測可能是NaOH處理使纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞，纖維結(jié)構(gòu)向無序性變化，熱穩(wěn)定性變差，且NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大破壞作用越強(qiáng)，導(dǎo)致纖維的熱解溫度逐漸降低。采用NaOH處理纖維能促進(jìn)其吸水溶脹，有利于氯乙酸進(jìn)入纖維分子內(nèi)部，促使纖維分子與羧甲基基團(tuán)之間發(fā)生接枝反應(yīng)，使纖維的碳含量增加，且隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，羧甲基取代度逐漸升高，纖維碳含量也逐漸增加，所以燃燒后殘?zhí)剂恳仓饾u提高。

表1 不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理的超吸水纖維膜的質(zhì)量損失數(shù)據(jù)

2.1.4 纖維膜結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

超吸水纖維膜的X射線衍射譜圖如圖6所示?？煽闯?，未改性棉纖維在2θ為23.02°處出現(xiàn)比較尖銳的衍射峰，說明棉纖維具有相對良好的結(jié)晶形態(tài)[16-17]。觀察圖6中不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)改性纖維膜的譜圖可發(fā)現(xiàn)，纖維膜在20.16°及21.94°處出現(xiàn)寬而緩的彌散衍射峰，而原本出現(xiàn)在棉纖維上的衍射峰消失，說明改性后纖維晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。其原有的結(jié)晶衍射峰消失，纖維分子結(jié)構(gòu)向無序化轉(zhuǎn)變，說明改性后纖維趨于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，推測纖維接枝了親水基團(tuán)后可能形成松散結(jié)構(gòu)，這與纖維熱穩(wěn)定性分析結(jié)果一致。

圖6 不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理的超吸水纖維膜X射線衍射譜圖

2.2 不同處理因素對纖維膜性能的影響

2.2.1 NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

在棉纖維質(zhì)量為4 g、氯乙酸質(zhì)量為6 g、反應(yīng)溫度為70 ℃、反應(yīng)時(shí)間為8 h的條件下，對不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的改性纖維膜的羧甲基取代度及性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 不同NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理對超吸水纖維膜性能的影響

由表2可看出：纖維膜的羧甲基取代度隨NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而不斷升高，其吸水、保水倍率隨取代度的增大而提高，但當(dāng)纖維膜羧甲基取代度過高時(shí)，纖維的吸水性能反而降低；纖維膜的力學(xué)性能隨NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈先增加后減小趨勢。當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，纖維膜的羧甲基取代度僅為0.065，吸水倍率為46.2，保水倍率為35.9，由于羧甲基取代度過低時(shí)纖維膜吸水性能差，不能在水中溶脹分散，拉伸性能無法測定，其原因可能為NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低時(shí)，鈉離子難以滲透進(jìn)纖維內(nèi)部，羥基活化程度低，醚化反應(yīng)難以發(fā)生。隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維羧甲基取代度逐漸提高，當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，纖維羧甲基取代度為0.265，吸水倍率達(dá)146.7，保水倍率達(dá)67.3，斷裂強(qiáng)度為10.44 MPa，斷裂伸長率為36.54%；繼續(xù)增大NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)，纖維膜性能反而下降。這可能是由于NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加使鈉離子水化作用增強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)鈉離子攜帶水分子進(jìn)入纖維內(nèi)部形成纖維素鈉，使纖維葡萄糖單元結(jié)構(gòu)中的羥基活化，同時(shí)破壞棉纖維原有的晶型結(jié)構(gòu)，纖維結(jié)晶度降低，這有利于氯乙酸進(jìn)入纖維分子內(nèi)部，促使醚化反應(yīng)順利進(jìn)行。而NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時(shí)，體系中的鈉離子濃度增加使纖維取代度提高，但取代度過高纖維親水性加強(qiáng)會導(dǎo)致纖維在水中直接溶解，吸水性能反而降低，此外高質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaOH會破壞纖維結(jié)構(gòu)，使纖維變黃且強(qiáng)度降低，因此當(dāng)其他條件一定，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)獲得的纖維膜具有較好的性能。

2.2.2 氯乙酸用量的影響

在棉纖維質(zhì)量為4 g、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%、反應(yīng)溫度為70 ℃、反應(yīng)時(shí)間為8 h的條件下，對不同氯乙酸用量下制備的吸水纖維膜的羧甲基取代度及性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表3所示。

表3 不同氯乙酸用量對超吸水纖維膜性能的影響

表3數(shù)據(jù)顯示，纖維膜的羧甲基取代度隨氯乙酸用量的增加呈先增加后減小趨勢，同時(shí)纖維膜吸水性能隨取代度變化而變化，二者之間呈正相關(guān)關(guān)系。氯乙酸用量過低時(shí)，分子間的有效碰撞頻率低，反應(yīng)發(fā)生概率降低，所得纖維膜羧甲基取代度也較低[18]。在氯乙酸和棉纖維質(zhì)量比為0.5∶1時(shí)，纖維膜羧甲基取代度僅為0.157，吸水倍率為58.7，保水倍率為34.9，此時(shí)由于吸水性能過低，纖維不能在水中溶脹及均勻分散，不易制備成膜。當(dāng)氯乙酸和棉纖維質(zhì)量比為1.5∶1時(shí)，纖維膜的羧甲基取代度為0.238，吸水倍率提升至125.6，保水倍率為60.0，且纖維膜力學(xué)性能保持較好。進(jìn)一步增加氯乙酸用量，纖維膜的羧甲基取代度有減小趨勢，可能是氯乙酸用量過高，反應(yīng)體系中的NaOH迅速被消耗，當(dāng)氯乙酸用量超過NaOH用量的1.5倍時(shí)體系由堿性變成酸性，而纖維素的醚化反應(yīng)需要在一定的NaOH濃度下才能較好進(jìn)行，因此，導(dǎo)致羧基取代度降低。另外纖維膜的力學(xué)性能也隨著氯乙酸用量的增加而呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，當(dāng)氯乙酸用量過高時(shí)，纖維膜的斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長率均出現(xiàn)較大幅度的降低?？梢?當(dāng)其他條件一定時(shí)，氯乙酸和棉纖維質(zhì)量比為1.5∶1時(shí)獲得的纖維膜具有較佳性能。

2.2.3 反應(yīng)溫度的影響

在棉纖維質(zhì)量為4 g、氯乙酸質(zhì)量為6 g、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%、反應(yīng)時(shí)間為8 h的條件下，對不同反應(yīng)溫度下制備的改性纖維膜的羧甲基取代度及性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表4所示?？煽闯觯豪w維膜的羧甲基取代度隨反應(yīng)溫度的增加呈先增加后減小趨勢，說明纖維膜羧甲基取代度的改變對其吸水、保水性能產(chǎn)生顯著影響；纖維膜的力學(xué)性能隨反應(yīng)溫度的升高也出現(xiàn)先增加后減小趨勢。當(dāng)反應(yīng)溫度為65 ℃時(shí)，纖維膜羧甲基取代度為0.248，吸水倍率為114.5，保水倍率為63.3，斷裂強(qiáng)度為3.61 MPa，斷裂伸長率為36.00%，纖維膜各項(xiàng)性能良好；繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，纖維膜的羧甲基取代度反而下降，其吸水和保水倍率隨之降低，且力學(xué)性能變差。溫度對改性纖維性能的影響，可能是由于一定溫度條件可使反應(yīng)體系內(nèi)分子內(nèi)能增加，促進(jìn)醚化反應(yīng)的進(jìn)行，使纖維膜的羧甲基取代度提高，但溫度過高時(shí)反而會激發(fā)其他副反應(yīng)的發(fā)生并使棉纖維變性，從而影響了醚化反應(yīng)，使產(chǎn)物羧甲基取代度降低，因此，在一定條件下反應(yīng)溫度為65 ℃時(shí)能獲得性能較佳的吸水纖維膜。

表4 不同反應(yīng)溫度對超吸水纖維膜性能的影響

綜上所述，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氯乙酸用量及反應(yīng)溫度對超疏水纖維膜性能具有較大影響，在NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、氯乙酸和棉纖維質(zhì)量比為1.5∶1、反應(yīng)溫度為65 ℃的條件下反應(yīng)8 h，可獲得具有最佳吸水性能的吸水纖維膜。在該最優(yōu)條件下，吸水纖維膜的羧甲基取代度為0.264，吸水倍率為163.3，保水倍率為73.7，斷裂強(qiáng)度為15.35 MPa,斷裂伸長率為40.8%。

3 結(jié) 論

本文利用氯乙酸及NaOH對棉纖維進(jìn)行改性制備超吸水纖維膜，研究發(fā)現(xiàn)氯乙酸在纖維膜上的接枝取代度隨NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高，但NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高會對棉纖維產(chǎn)生較強(qiáng)的破壞作用使之變形，且過高的取代度會導(dǎo)致纖維膜材料因在水中大量溶解而失去吸水強(qiáng)度。吸水纖維在制備成膜過程中，纖維之間通過相互纏繞交聯(lián)，進(jìn)一步提高超吸水纖維在水中的穩(wěn)定性和保水性能。當(dāng)氯乙酸與棉纖維質(zhì)量比為1.5∶1，氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，反應(yīng)溫度為65 ℃，反應(yīng)時(shí)間為8 h時(shí)，獲得超吸水纖維膜吸水倍率為163.3、保水倍率為73.7，斷裂強(qiáng)度為15.35 MPa，斷裂伸長率為40.8%。本文制備的吸水纖維膜材料具有優(yōu)異的吸水性能及良好的力學(xué)性能，在衛(wèi)材、工業(yè)和農(nóng)業(yè)上有潛在用途。