基于配位作用的海藻酸鑭纖維的制備.pdf

1、本課題主要圍繞海藻酸鈉與稀土離子的相互作用體系，利用濕法紡絲技術(shù)制備海藻酸纖維。海藻酸鈉中甘露糖醛酸（M)與古羅糖醛酸(G)單元的比例M/G不同會(huì)導(dǎo)致海藻酸鈉的物理化學(xué)性質(zhì)如粘度、凝膠化性能會(huì)有很大的差異，對(duì)所制備的纖維的性能具有很大的影響。核磁氫譜分析結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)使用的海藻酸鈉中甘露糖醛酸（M)的含量為0.62，古羅糖醛酸（G)單元的含量為0.38。經(jīng)紅外光譜分析，在pH為4時(shí)海藻酸的電離度為74％，當(dāng)pH>5時(shí)，海藻酸基本上完全電離

2、。與⑶0-相比，海藻酸中的C00H與鑭離子的相互作用較弱。
　　海藻酸鈉大分子可以與 Al3+、Ca2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、La3\ Ce3+等高價(jià)金屬離子發(fā)生配位交聯(lián)作用，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，具有較好的成纖能力。制備海藻酸鑭纖維時(shí)，當(dāng)紡絲液從噴絲孔擠出后存在著一個(gè)明顯的徑向脹大過程，纖維直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噴絲孔的孔徑。將纖維從凝固浴中取出后，纖維會(huì)迅速的脫水，直徑發(fā)生明顯的收縮，表面出現(xiàn)明顯的溝槽，

3、這些溝槽的出現(xiàn)與海藻酸鑭纖維迅速的脫水有關(guān)。在室溫下干燥的海藻酸鑭纖維仍含有大量的水分，經(jīng)熱重分析其含水量在15%左右。元素分析發(fā)現(xiàn)，海藻酸鑭纖維中鑭元素的含量為16-18%。
　　紡絲條件對(duì)纖維的力學(xué)性能具有很大的影響。隨著凝固浴濃度的增加，纖維的力學(xué)性能上升。若La3+濃度過高，會(huì)使得纖維的斷裂伸長(zhǎng)率有所降低。隨著pH值的升高，纖維的力學(xué)強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都有所上升。當(dāng)凝固浴的p H值過高時(shí)，La3+發(fā)生水解，不利于纖維的凝聚成

4、型，使得纖維的力學(xué)性能下降。凝固浴溫度較低時(shí)，初生纖維的強(qiáng)度較高。隨著凝固浴溫度的上升，纖維強(qiáng)度下降。周圍環(huán)境的濕度對(duì)海藻酸鑭的單絲強(qiáng)度和單絲伸長(zhǎng)率也具有一定的影響。在溫度保持不變的情況下，相對(duì)濕度越大，單絲強(qiáng)度越小，單絲伸長(zhǎng)率越大；反之，相對(duì)濕度越小，單絲強(qiáng)度越大，單絲伸長(zhǎng)率越小。
　　通過濕法紡絲工藝成功制備了海藻酸鑭纖維。與海藻酸鈣纖維相比，海藻酸鑭纖維的力學(xué)強(qiáng)度提高了30%以上，但其斷裂伸長(zhǎng)率有所下降。在pH=1的鹽酸溶液

5、中浸泡一小時(shí)后海藻酸鈣纖維力學(xué)強(qiáng)度下降了40%，而海藻酸鑭纖維力學(xué)強(qiáng)度僅下降了20%。La3+比Ca2+具有更強(qiáng)的配位交聯(lián)能力，且鑭離子與羧酸根的配位在空間上存在更大的兼容性。海藻酸鑭纖維在酸性溶液中具有更高的穩(wěn)定性。
　　通過紅外光譜和電導(dǎo)率測(cè)試探究了La3+離子與海藻酸間的相互作用，提出了幾種作用模型：當(dāng)La3+與海藻酸的GG鏈段作用時(shí)，配位形成一個(gè)“蛋殼”結(jié)構(gòu)；當(dāng)La3+與海藻酸的MG或GM鏈段作用時(shí)，形成一個(gè)類似于“蛋殼”