超聲輔助降解殼聚糖及其衍生物的研究

超聲輔助降解殼聚糖及其衍生物的研究

由于其獨(dú)特的性能，殼聚糖及其衍生物在紡織、印花、食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等應(yīng)用廣泛。殼聚糖特有的分子結(jié)構(gòu),使其對許多類型的染料(活性染料、直接染料等)具有極高的吸附力,可用于提高織物上染率和印染廢水處理等。殼聚糖的應(yīng)用性能與分子量密切相關(guān),例如,不同分子質(zhì)量的殼聚糖作為棉織物染色增深劑的作用效果是不同的;但從蝦或蟹殼中直接提取的殼聚糖的分子量通常為幾十萬至上百萬,因此必須采用合適的方法對殼聚糖進(jìn)行降解以達(dá)到較好的作用效果。在各種降解殼聚糖的化學(xué)及非化學(xué)方法中,采用H2O2氧化降解殼聚糖,是目前較為環(huán)保且速度較快的氧化降解法。近年來,超聲作為一種新的技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越大的作用,并逐漸形成了一門新的邊緣交叉學(xué)科——超聲化學(xué)。本實(shí)驗(yàn)將超聲波場引到殼聚糖的降解中,輔助H2O2氧化降解殼聚糖,得到不同分子量的殼聚糖,經(jīng)其整理的棉織物用活性染料進(jìn)行染色,測定染色性能,增深效果明顯。1實(shí)驗(yàn)部分1.1材料表面經(jīng)退煮漂后的平紋純棉織物。1.2化學(xué)純?nèi)玖蠚ぞ厶墙?jīng)乙酸溶解、沉淀提純后使用(粘均分子量為5.7×105、脫乙酰度為85%),30%過氧化氫、氫氧化鈉、冰乙酸、碳酸鈉、氯化鈉均為化學(xué)純,活性艷紅2BM染料。1.3實(shí)驗(yàn)儀器和儀器儀器:FA2004電子天平、722分光光度計(jì)、pH酸度計(jì)、HHS電熱恒溫水浴鍋、S212恒速攪拌器、烏氏粘度計(jì)(0.5~0.6mm)、皂洗牢度實(shí)驗(yàn)儀、摩擦牢度測試儀、UV3000型電腦測色配色儀。1.4超聲降解過程采用降解體系為2%的殼聚糖4%乙酸溶液,用攪拌器攪拌至呈均相狀態(tài),在超聲波條件下滴加一定量的H2O2,超聲波溫度控制在40℃。每15min取一次樣,降解持續(xù)180min。用氫氧化鈉將殼聚糖沉淀出來,用丙酮洗滌、再水洗,用真空低溫烘干后測定殼聚糖的分子量。1.5粘均分子量的測定稱取0.1g干燥殼聚糖,溶于0.1mol/L冰乙酸+0.2mol/L氯化鈉緩沖溶液中,在(25±0.1)℃用烏氏粘度計(jì),采用外推法測定不同濃度殼聚糖溶液的特性粘度[η]后,按[η]=1.81×10-3×Mn0.93來計(jì)算樣品的不同粘均分子量。1.6處理1.6.1殼聚糖轉(zhuǎn)化處理用1%冰乙酸溶解殼聚糖,制成5g/L濃度的殼聚糖溶液,將已知質(zhì)量的棉織物兩浸兩軋,軋余率80%,80℃烘干5min。1.6.2活性美麗紅染色對不同分子量殼聚糖改性的棉織物和未處理的棉織物,分別用活性艷紅2BM染色。染料用量均為2%(owf),浴比為1∶20,氯化鈉用量40g/L,碳酸鈉用量為10g/L。工藝曲線如下:1.7性能試驗(yàn)1.7.1值k/s用電腦測色配色儀直接測試得到K/S值。1.7.2上染百分率的測定用Y722型分光光度計(jì)分別測定染液在最大吸收波長下的原液吸光度D0和殘液吸光度Di,之后按下列公式計(jì)算上染百分率。上染百分率(%)=(1-Di/D0)×100%1.7.3摩擦損失按國家標(biāo)準(zhǔn)T3920-1997法測定。1.7.4海灘洗滌劑皂液組成:標(biāo)準(zhǔn)皂粉5g/L,碳酸鈉2g/L。用皂洗牢度實(shí)驗(yàn)儀在70℃、時(shí)間30min測定皂洗牢度。2結(jié)果與討論2.1殼聚糖改性棉織物的k/s值用濃度為0.5%(owf)的不同分子量殼聚糖溶液處理棉織物。然后染色,皂煮,測得其K/S值如圖1所示。從圖1可以看出,用不同分子量的殼聚糖預(yù)處理改性后的棉織物較未處理織物的染色K/S值均有不同程度的提高,對于活性染料2BM而言,最佳處理效果是分子量為6.5×104的殼聚糖改性的棉織物,K/S值為10.171,未處理的棉織物K/S值為8.255,相比提高了23.2%。K/S值提高可解釋為:殼聚糖用酸溶解使得其大分子上的氨基被陽離子化,這種殼聚糖整理在棉織物上,則會(huì)減少纖維上所帶的負(fù)電荷,從而減少染色過程中纖維上的負(fù)電荷對染料陰離子的庫侖斥力,增大了染料對纖維的親和力,染料易在纖維表面富集,因此上染率提高。同時(shí)染料陰離子與殼聚糖質(zhì)子化的氨基(相當(dāng)于一個(gè)陽離子“染座”)之間的靜電吸引,也提高了染料的上染率。殼聚糖分子量大小會(huì)影響增深效果,分子量太大會(huì)使殼聚糖分子很難進(jìn)入織物的內(nèi)部而只停留在織物的表面,阻礙了染料向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散;如果殼聚糖分子量太小,殼聚糖雖能進(jìn)入織物內(nèi)部,但織物上的殼聚糖容易在染色時(shí)脫落到染浴中,因此增深效率不高。2.2殼聚糖染色將降解殼聚糖(粘均分子質(zhì)量為6.5×104)溶于1%醋酸溶液中,配成不同濃度的溶液處理織物,然后用2BM染料染色,皂煮,測得其K/S值如圖2所示。從圖2中可以看出,用不同濃度的降解殼聚糖(粘均分子質(zhì)量為6.5×104)處理織物,對其染色性能影響較大。在開始階段,隨殼聚糖濃度的增加,織物的K/S值逐漸增加,這是因?yàn)闅ぞ厶菍θ玖系挠H和力比纖維素纖維對染料的親和力大,隨著殼聚糖濃度的增加,集聚到織物上的殼聚糖增多,染料容易在織物表面富集,所以上染率提高,當(dāng)濃度達(dá)到0.5%時(shí),織物的K/S值達(dá)到最大,此后,濃度再增加,織物的K/S值反而下降,這是因?yàn)闅ぞ厶菨舛冗^高,溶液粘度大,在處理織物時(shí),殼聚糖只停留在織物的表面,形成了一層殼聚糖薄膜,阻礙了染料向織物纖維的內(nèi)部遷移,因此濃度再增加時(shí)織物的K/S值反而下降。2.3染色性能測定將降解殼聚糖(粘均分子質(zhì)量為6.5×104)溶于1%醋酸溶液中,用同一濃度的溶液處理織物,選擇不同的軋余率。然后用2BM染料染色,皂煮,測得各項(xiàng)染色性能如表1。從表1可以看出,軋余率影響染色試樣的染色性能,軋余率在100%時(shí),織物具有最佳的染色效果。軋余率太低,殼聚糖在織物上的量太少,促染不充分;軋余率太高,又將阻礙纖維與染料的反應(yīng),造成固色率降低;軋余率對染色試樣的摩擦牢度和皂洗牢度無影響。2.4染色性能的測定將降解殼聚糖(粘均分子量為6.5×104)溶于1%醋酸溶液中,用同一濃度的溶液處理織物,軋余率均為100%。然后用2BM染料染色,皂煮,測得各項(xiàng)染色性能如表2。從表2可知,用同一濃度殼聚糖處理織物時(shí),焙烘溫度在100℃時(shí)織物具有較佳的染色效果。但染色試樣上染率和K/S值與其他焙烘溫度時(shí)的相差不大,試樣摩擦牢度和皂洗牢度不受焙烘溫度的影響?？梢?殼聚糖處理棉織物時(shí),焙烘溫度對染色性能影響較小。2.5染色性能測定將降解殼聚糖(粘均分子質(zhì)量為6.5×104)溶于1%醋酸溶液中,用同一濃度的溶液處理織物,軋余率均為100%。然后用2BM染料染色,皂煮,測得各項(xiàng)染色性能如表3。從表3可知,在處理濃度、軋余率、焙烘溫度相同的情況下,焙烘時(shí)間影響織物的染色性能,處理時(shí)間為4min時(shí),染色試樣具有最佳的染色效果,時(shí)間過短或過長均不利于染料的上染。但其對染色試樣上染率和K/S值的影響較小,摩擦牢度和皂洗牢度不受焙烘時(shí)間的影響。因此,焙烘時(shí)間對染色性能影響也較小。3殼聚糖