改性海藻酸鈉的表征分析

劉元軍，趙曉明

(天津工業大學紡織學部，天津 300387)

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改性海藻酸鈉的表征分析

劉元軍，趙曉明

(天津工業大學紡織學部，天津 300387)

通過對海藻酸鈉糊料進行改性，研究了海藻酸鈉改性的最佳工藝條件并進行了結構表征的測試，得出制備改性海藻酸鈉的最佳工藝為：海藻酸鈉原糊100g,環氧氯丙烷用量為5%，pH為10，反應溫度為50℃，反應時間為1.5小時。

海藻酸鈉 環氧氯丙烷 改性 結構表征

0 前言

海藻酸鹽是從馬尾藻、褐藻或海帶中提取的一種碳水化合物,易溶于水而成為黏稠的水溶液,然而幾乎不溶于任何有機溶劑[1-4]。由于糊料的工業化生產和印花的產業化過程中存在的許多限制因素，海藻酸鈉在活性染料印花糊料中的應用具有局限性[7-8]。本文研究了改性海藻酸鈉糊料的性能，為未來擴展海藻酸鈉的應用提供依據。

1 實驗

1.1 材料、藥品、儀器

材料：純棉機織物

藥品：海藻酸鈉，環氧氯丙烷，無水乙醇，尿素(天津市光復試劑廠)。

儀器：FTIR-8400型傅里葉變換紅外光譜儀，1010-2B型電熱鼓風干燥儀，HH-4型數顯恒溫水浴鍋，TG16A-W型微量高速離心機，JA3003N型電子天平，JJ-1型精密增力電動攪拌器。

1.2 改性海藻酸鈉的制備

1.2.1 制備方法

1.2.1.1 改性方法

反應溫度為50℃,環氧氯丙烷的用量為5%,反應時間為1.5h,pH值為10。

1.2.1.2 合成步驟

常溫下向質量分數3% 的海藻酸鈉原糊中加入一定質量的質量分數2% 的氫氧化鈉溶液中，調節其pH值(8～9)(即堿化),然后緩慢加入環氧氯丙烷反應。最后加入質量分數為2% 的鹽酸中和反應產物，接著加入無水乙醇直到有絮狀物出現且溶液完全呈水狀，離心半小時得其沉淀物。

1.3 改性前后海藻酸鈉結構表征的測定

1.3.1 改性前后海藻酸鈉的結構的測定

紅外圖譜法：在干凈平整的玻璃表面成膜，膜的厚度盡可能的小(約1mm厚)，且成膜要透明；然后利用紅外光譜儀測譜，分別記錄海藻酸鈉和改性海藻酸鈉的紅外光譜圖。

1.3.2 改性前后海藻酸鈉的黏度測定:按GB1976-80進行。

1.3.3 改性前后海藻酸鈉的熱穩定性測定:按GB/T 17802-2011進行。

2 結果與討論

2.1 改性前后海藻酸鈉的結構表征

2.1.1 改性前后海藻酸鈉的結構

參照1.3.1，改性前后海藻酸鈉的紅外光譜如圖1和2所示：

圖1 海藻酸鈉的紅外圖譜

圖2 改性海藻酸鈉的紅外圖譜

由圖1和圖2可知，改性海藻酸鈉和海藻酸鈉的紅外譜圖具有許多相似的特征吸收峰,但其區別在于未改性的海藻酸鈉在波數為1094cm-1處的波峰(代表-C-H變角振動),在改性海藻酸鈉圖譜上被1120 cm-1處強峰幾乎湮沒,只剩一個不明顯的肩峰，波數在1120 cm-1的強峰主要為醚鍵，說明海藻酸鈉和環氧氯丙烷有交聯。

2.1.2 改性前后海藻酸鈉的黏度

參照1.3.2，改性前后海藻酸鈉的黏度如表1所示：

表1 濃度不同對改性海藻酸鈉原糊的黏度的影響

從表1可知，改性海藻酸鈉和海藻酸鈉的原糊隨著濃度的增大，其黏度都隨之增大；且改性海藻酸鈉隨著濃度的增加其成糊率明顯比普通海藻酸鈉的增加的要多。這可能是由于海藻酸鈉的分子中存在著很多羧基，其在一定條件下羧基會發生電離，產生負電荷，分子之間產生斥力，減弱了分子間的作用力，減弱分子或鏈段之間相互纏繞，降低了結構黏度；所以其黏度接近牛頓黏度。通過環氧氯丙烷改性后，大分子鏈增長，分子量變大，分子間作用力增大，且交聯后生成的醚鍵，也能生成氫鍵，再加上分子中剩余的羥基，使得大分子間的作用力大大增強，分子或鏈段之間相互纏繞更加緊密，形成更大的交聯網狀結構，導致其結構黏度急劇增大，宏觀上表現為表觀黏度急劇增加[9-10]。因而，這也證明了醚鍵的生成和交聯的發生。

2.1.3 改性前后海藻酸鈉的熱穩定性

參照1.3.3，改性前后海藻酸鈉的熱穩定性如圖3所示。

圖3 溫度對原糊黏度的影響

注：圖中的SA表示海藻酸鈉

由圖3可知，改性海藻酸鈉比海藻酸鈉具有更好的熱穩定性；將濃度為3%的原糊以1.5℃/min從25℃上升為60℃,改性產物原糊的黏度只下降了940mPa·s，而海藻酸鈉的卻下降了1580mPa·s。這可能是由于海藻酸鈉溶液隨溫度的升高,分子間的氫鍵大量破裂,且分子中還存在電離的羧基產生的靜電斥力，故黏度幾乎直線下降。改性海藻酸鈉由于醚鍵的存在,其鍵能比氫鍵要強得多,較低的溫度不會導致鍵的破裂,黏度下降要緩慢得多,所以改性后的海藻酸鈉具有一定的熱穩定性，從而驗證了醚鍵的生成，以及具有較好的熱穩定性[11-14]。

3 結論

改性前后3%的海藻酸鈉原糊黏度從2660mPa·s升高到9400mPa·s，當以1.5℃/min從25℃升溫到60℃,改性海藻酸鈉黏度僅下降了940mPa·s,而海藻酸鈉則下降了1580mPa·s。

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Characterization Analysis of Modified Sodium Alginate

LIUYuan-jun,ZHAOXiao-ming

(Textile Department, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387)

By modifying the original paste of sodium alginate, the optimum preparation conditions for modification of sodium alginate was explored and the structure characterization was tested. The optimum preparation conditions of modified sodium alginate were that raw sodium alginate paste was 100g, epichlorohydrin dosage was 5%, pH value was 10, reaction temperature was 50℃ and the reaction time was 1.5 hours.

sodium alginate epichlorohydrin modification structure characterization

2016-05-12

國家自然科學基金項目(51206122)

劉元軍(1986-)，女，博士，研究方向：海藻酸鈉的制備及其性能。

趙曉明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生導師。

TQ340

A

1008-5580(2016)04-0017-03