扫描电镜和红外光谱技术鉴别麻纤维的方法

2015-12-31 12:34李志通
纺织科技进展 2015年5期
关键词:麻纤维黄麻亚麻

王 雪,刘 欢,李志通

(长城汽车股份有限公司技术中心,河北 保定 071000)

随着汽车工业的快速发展,“轻量化、绿色化、可回收”问题日益受到人们的关注,近年来,天然纤维尤其是麻纤维在汽车装饰上得到更加广泛的应用[1]。苎麻、亚麻、大麻、洋麻、黄麻、罗布麻属于韧皮类纤维,具有强度高、伸长小、耐磨、吸湿、透气、透湿性较好的共性[2]。麻纤维具有较强的吸湿能力,在标准大气条件下的回潮率可达10%~14%;在饱和蒸汽中,其回潮率可达20%以上,大麻和黄麻可达30%以上。麻纤维不仅吸湿性好,其散湿速度也快,在相同条件下,散湿速率比棉纤维快30%~50%。且麻纤维是天然纤维中拉伸强度最高的纤维,断裂伸长率是天然纤维中最小的,一般只有0.5%~3.5%[3-4]。

本文主要对亚麻、大麻、洋麻、黄麻4种麻纤维,通过扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)技术进行分析鉴别。

1 实验部分

1.1 仪器

扫描电镜QUANTA 450(捷克FEI公司);傅里叶红外光谱仪Tensor 27(布鲁克香港有限公司)。

1.2 测试

1.2.1 表面微观形貌

利用扫描电镜(SEM)对纤维样品表面进行观察。

1.2.2 红外光谱分析(FTIR)

将纤维样品直接放置于ATR(ZnSe晶体)样品台上,旋转压头将样品压实,进行红外测定,数据采集设置为:分辨率4cm-1;扫面时间16Scan;扫面范围4 000cm-1~500cm-1;检测器DTGS;分束器KBr。

2 结果与分析

2.1 纤维微观形貌

亚麻、大麻、洋麻、黄麻的微观形貌分析如图1~图4所示,其结果见表1。

表1 亚麻、大麻、洋麻、黄麻的微观形貌

图1 亚麻纤维放大2 000倍SEM照片

2.2 红外光谱分析

麻纤维主要是由纤维素、半纤维素、木质素、果胶、脂肪和蜡质以及一些水溶性物质等化学成分组成[5],主要成分纤维素是β-D葡萄糖1,4连结的聚合体,即1,4-β-D吡喃葡萄糖,其化学式为(C6H10O5)n,结构式如图5[6]。本文所述4种麻纤维的成分如表2。红外光谱图反应出的是麻纤维中所有组分的特征峰,所以4

图2 大麻纤维放大2 000倍SEM照片

图3 洋麻纤维放大2 000倍SEM照片

图4 黄麻纤维放大2 000倍SEM照片

种麻纤维的红外光谱图基本一致。

图5 纤维素分子链结构式

表2 麻纤维的成分[7] 单位:%

图6中3 500~3 300cm-1区域较宽的吸收峰为纤维素分子内-OH伸缩振动;2 850~2 920cm-1区域为C-H伸缩振动,1 730cm-1左右为半纤维素和木质素中的非共轭羰基的伸缩振动;1 640~1 610cm-1之间的宽峰为木质素中共轭羰基和C=C伸缩振动的重叠吸收峰,1 425cm-1为纤维素与木质素中的CH2弯曲振动,1 315cm-1为木质素中的O-H弯曲振动,1 235cm-1为C-C,C-O,C=O伸缩振动的重叠峰,1 156 cm-1、1 101cm-1、1 056cm-1处为纤维素中葡萄糖环中的C-O醚键的伸缩振动,898cm-1处为纤维素中β-D-葡萄糖苷键的特征吸收振动谱带。

图6 麻纤维的红外光谱图

图7 麻纤维的红外光谱图局部放大

虽然4种麻纤维的红外光谱图很相似,但也有细微的差别。图7中洋麻和黄麻在1 505cm-1、1 595cm-1处有明显的芳环骨架振动的吸收峰,且在1 455cm-1处有明显的甲基或亚甲基的C-H弯曲振动,这可能是由于洋麻和黄麻中的木质素含量比亚麻和大麻多而出现的。亚麻和大麻在2 850cm-1处的C-H伸缩振动比洋麻和黄麻明显,且亚麻在1 200cm-1~1 400cm-1之间出现6个吸收峰。4种麻纤维红外吸收峰归属见表3。

表3 麻纤维红外吸收峰归属

3 结论

(1)扫描电镜(SEM)结果:亚麻纤维表面光滑,有规律的横节,无纵向条纹;大麻纤维表面较粗糙,有缝隙和孔洞,无横节;洋麻纤维表面有较多杂质使其凹凸不平,裂隙、扭曲较大;黄麻纤维有许多互不相交的沟槽,少量的缝隙和孔洞。

(2)红外分析(FTIR)结果:洋麻和黄麻纤维光谱图尤其相近,不易区分,两者均以在1 450cm-1~1 600cm-1范围内的芳环吸收峰区别于亚麻和大麻;大麻纤维1 730cm-1处吸收峰很弱,而亚麻在1 200 cm-1~1 400cm-1之间出现6个吸收峰。

[1] 张 卓,任忠海,叶湖水.麻纤维在汽车工业中的开发应用与展望[J].广东农业科学,2010,(10):250-251.

[2] 曲丽君.麻纤维在汽车用装饰材料中的应用[J].产业用纺织品,2002,(8):36-38.

[3] 于伟东.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2006.

[4] 彭文芳.黄麻纤维的性能及服用织物开发前景[J].山东纺织科技,2007,(2):44-46.

[5] 王晓霞,侯 斌,王正德,等.天然纤维的特性与应用[J].轻纺工业与技术,2013,(10):5.

[6] 邓云红.麻纤维化学脱胶前后结构和性能的研究[D].上海:东华大学硕士学位论文,2014.

[7] 姚 穆,周锦芳,黄淑珍.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2000.

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