精练棉织物表面 FT—IRATR红外光谱分析

1 前言

　　天然棉纤维中除了含有 90％～94％的纤维素外，还含有6％～10％包覆在纤维素表皮的天然共生物，这些共生物通常为蜡状物质、果胶物质、含氮物质。精练通常是采用稀烧碱溶液作精练剂，并加入乳化剂、分散剂、还原剂等组成精练液，在高温下(100c或更高温度测：理棉纤维制品的／roT_过程。为了环保要求，也可以用酶来进行棉织物的精练。大多情况下，可以通过分析去除后的杂质来分析棉的共生物成分，但是，却很少有报道棉织物精练过后纤维表面蜡质和其它共生物的含量问题 。直接着色法可以用来进行棉织物精练效果的测定，但是这种方法只能定性却不能定量。

　　衰减全反射傅立叶红外光谱fFT—IRATR)为分析精练棉的表面共生物含量提供了一种新的简易而快速的方法 。FT—IRATR是一种新的表面分析技术，能够分析棉纤维表面几微米深度，因共生物如蜡质等都包覆在棉纤维素的表皮上，因而用这种测试方法非常有效。本实验的目的是在不处理实验样品和数据的情况下，用衰减全反射傅立叶红外光谱法测定棉织物精练过程中表面共生物含量的变化。

2 实验材料与方法

 原棉织物，精练(将原棉在2％的氢氧化钠的碱溶液中，95℃处理2h)后的棉织物；氢氧化钠(分析纯)，盐 酸(35％)，氢氧化铵(28％～3O％)。FT—IR透射傅 立叶变换红外光谱测试方法 ：将纤维切片后用 KBr压片法测得。扫描次数：32，分辨率：4cm-1。FT—IRATR衰减全反射傅立叶红外光谱测试方法：将10em×10em 的棉织物安在安装好的ATR样品夹上。扫描次数：216，分辨率：4cm-1。

3 结果与讨论

 3．1 FT—IR透射傅立叶红外光谱对棉织物的化学结构分析

　　图1显示了棉织物纤维素、果胶物质、蜡状物质的化学结构。纤维素和果胶物质为糖类聚合物，生棉中的果胶物质据报道为甲基化的羧基团。蜡状物质则是由脂肪族高级一元醇、游离脂肪酸、高级一元醇的酯等组成的混合物。

  图2显示了原棉和精练棉的透射傅立叶红外光谱图，由于原棉和精练棉的本体化学组成相同，因而它们的谱图比较接近，难以区分它们的区别。由于谱图只是通过纤维切片后KBr压片法测得，因而，谱图只显示了纤维素的一些特征峰，尽管原棉表面有共生物如蜡质和果胶物质等，因在纤维表面含量较低而没有在谱图中显示出来。原棉和精练棉的红外光谱(图2)的典型纤维素峰在1000～1200cm-1左右 。纤维素化学结构中的特征峰比如氢键一OH的伸缩振动在3550～3100cm-1处，C—H 的伸缩振动在2917cm-1处，CO0一的不对称伸缩振动在1617cm 处，C—H的变形振动在1316cm-1 处 。

3．2 FT—IRATR衰减全反射傅立叶红外光谱对棉织物化学结构分析

 因共生物如蜡质和果胶物质包覆在棉纤维素的表面，而傅立叶衰减全反射红外光谱是一种对材料表面较敏感的测试技术，因此，这种测试方法能半定量的测得蜡质和果胶物质的含量。图3是原棉(a和b)和精练棉织物(c和d)的FT—IRATR谱图。图3中(c)是精练棉织物所含纯纤维素表现出的特征峰谱，主要的C—H伸缩振动峰出现在2800到 3000cm-1区域内。由于分子中组成长链烷烃的亚甲基(-CH：基团的对称和不对称伸缩振动，原棉织物谱图(a)多了2918和2849cm一-两个峰，这两个峰说明了原棉表面蜡质的存在。因此，峰值为2918和2849em一的亚甲基峰，其强度大小可反应棉纤维表面蜡质的含量。

　　其它的谱图信息能在1600—1800cm-1区域内得到。乍一看，图3中原棉和精练棉织物的谱图(a)和(c)没有多少差异。但是，如果将原棉在HCI蒸汽中处理几分钟，就会在 1750em左右出现一个吸收峰，这是由于羧酸盐基团的质子化。如果羧酸盐以离子形式(CO0一)存在，就会由于 COO一的对称和非对称伸缩振动分别在1600和1400cm-1处 -出现两个峰。如果被质子化变成一COOH，就会有C=O和C—OH两个基团存在。C=O伸缩振动在1750em。左右，而C—OH伸缩振动在1200cm一1。C—OH伸缩振动峰会被纤维素中大量C一0键产生的峰所掩盖掉，但是C=O伸缩振动峰在谱图中却能很好地表现出来。当我们把谱图 (b)对应的织物即用HCI蒸汽处理过的原棉织物在NH，蒸汽中处理之后重新测量得到一个谱图时，这个谱图基本上与谱图(a)相同，这表明COO一与COOH的转变是一个可逆过程，也表明与酸或碱对应的羧酸盐是以自由的羧酸根离子形式存在而不是以酯的形式。如果原棉胶质中的羧酸盐是以甲基化的酯类形式存在的，那么在原棉的谱图中就应该在1750em左右出现与C=O伸缩振动相对应的峰，但在谱图(a)中我们却找不到位于此位置的任何峰；精练棉是没有羧酸盐的，因为把(c)与(d）做比较我们可以看出，用 HCI蒸汽处理过的精练棉不再有C=O峰，说明共生物等一些杂质在精练的过程中已经被去除。虽然还不能确定这些羧酸盐是来自蜡质还是果胶质，但可以确定它们是棉织物中通常在精练过程中被去除的杂质 。由于可通过两个亚甲基峰和HCI蒸汽处理过引入了羰基峰的强度可以反应棉纤维精练后表面共生物的含量，因此，FT—IRATR衰减全反射傅立叶红外光谱可以用于表征棉织物的精练效果，从而 可以适 当控制棉精练程度 。

4 结论

　　通过对比精练前后棉织物FT—IRATR谱图，以及配以一定的处理手段，如分析 HCI蒸汽处理后棉织物谱图的特点 ，通过相互比较 ，分析得出特征峰的增强及减弱，或者峰强与峰弱的不同 (比如通过测量峰值在2800—3000cm-1的 C—H的强度，可以估计织物表面剩余蜡质的量 ，或用 HCI蒸汽处理棉织物，其胶质或蜡质的剩余量也可以通过测量羰基峰的强度而得到)，从而得出棉织物纤维表面共生物的去除情况 ，用以间接的评价精练效果和控制精练程度 。