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(duì)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(wàn)至上百萬(wàn),因此必須采用合適的方法對(duì)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(lái),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(lái)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(chǎng)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(cè)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(cè)試儀、UV3000型電腦測(cè)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(lái),用丙酮洗滌、再水洗,用真空低溫烘干后測(cè)定殼聚糖的分子量。1.5粘均分子量的測(cè)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(cè)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(lái)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(duì)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(cè)色配色儀直接測(cè)試得到K/S值。1.7.2上染百分率的測(cè)定用Y722型分光光度計(jì)分別測(cè)定染液在最大吸收波長(zhǎng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)T3920-1997法測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(yáng)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(duì)染料陰離子的庫(kù)侖斥力,增大了染料對(duì)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(yáng)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(cè)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(duì)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?duì)染料的親和力比纖維素纖維對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)染色試樣的摩擦牢度和皂洗牢度無(wú)影響。2.4染色性能的測(cè)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(cè)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(duì)染色性能影響較小。2.5染色性能測(cè)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(cè)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(zhǎng)均不利于染料的上染。但其對(duì)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(duì)染色性能影響也較小。3殼聚糖