棉纤维在低共熔溶剂中的溶解与再生性能研究

邓小楠 叶泗洪 白雪 李常凤 刘方志 闫晓明

摘要 利用2种不同的低共熔溶剂溶解天然棉纤维，制备再生棉纤维;筛选出溶解度较高的低共熔溶剂，采用红外光谱、X射线衍射、热重、扫描电镜等对棉纤维再生前后的纤维素结构进行表征。结果表明：氯化胆碱和乙酸以及氯化胆碱和草酸组成的低共熔溶剂可以较好地溶解棉纤维，溶解后的再生纤维素聚合度下降，结晶结构与原始棉纖维结构不同，同时再生棉纤维的热稳定性下降。

关键词 低共熔溶剂;棉纤维;溶解;再生棉纤维

中图分类号 TQ31文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）24-0178-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.24.050

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Solubility and Regeneration of Cotton Fiber in Deep Eutectic Solvent

DENG Xiaonan，YE Sihong， BAI Xue et al

（Cotton Research Institute of Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei， Anhui 230009）

Abstract Two kinds of deep eutectic solvents were used to dissolve the natural cotton fiber and prepare regenerated cellulose. The deep eutectic solvent with high solubility was selected and the structure of cellulose before and after regeneration was characterized by IR， XRD， TG and SEM. The results show that the deep eutectic solvent composed of Choline chloride and Acetic acid （oxalic acid） can dissolve the cotton fiber well， the degree of polymerization of the regenerated cellulose after dissolution decreases， the crystal structure is different from the original cotton fiber structure， and the thermal stability of the regenerated cotton fiber decreases.

Key words Deep eutectic solvent;Cotton fiber;Dissolving;Regenerated cotton fiber

天然纤维是自然界中蕴藏量较大的资源，其中棉纤维的应用与开发符合绿色环保以及社会的可持续发展要求[1]。在各种植物纤维素资源中，棉纤维的纤维素含量最高，达95%。棉花纤维素因其纤维长度优势而被广泛应用于纺织工业中。与木材纤维素相比，棉花具有高结晶纤维素成分。因此，它一直被认为是纤维素Iβ晶体研究的模型[2]。

棉纤维目前广泛用于棉纺行业，近年来，棉纤维的功能化应用受到越来越多的关注，例如纳米棉纤维颗粒由于其高强度、高刚度、低重量、可再生性和抗菌抗皱等功能，引起了大家的兴趣[3-6]。对棉纤维进行功能化改性，最重要的是找到合适的绿色棉纤维溶剂代替传统的有机溶剂溶解棉纤维。近年来，许多学者正在不断地探索棉纤维的绿色改性技术。低共熔溶剂（deep eutectic solvents，简称DES）也称为低共熔混合物或者深共晶溶剂，作为一种新型离子液体类似物，低共熔溶剂具有独特的物理化学性质和成本低廉、制备过程简单、无毒、无蒸气压、易生物降解等诸多优点，并且可以通过调节组成成分的结构和比例，赋予其特定的功能性及可调变性，因此在很多领域有着越来越广泛的应用[7-9]。DES的形成需要氢键给予体和氢键受体，通过混合盐和氢键受体或者氢键供给体与盐的阴离子来制备。有学者[10]研究棉花在氯化胆碱和草酸构成的低共熔溶剂中溶解，能够制备微纳米棉纤维，草酸可以使纤维素纤维的亲水晶面形成羧基，引起纤维的纤丝化并使晶面发生分裂形成低结晶度和片状的纳米纤维素。

目前对于棉纤维在低共熔溶剂中再生性能的研究鲜见报道。该研究利用氯化胆碱与不同酸混合形成的低共熔溶剂对棉纤维溶解，并对溶解前后纤维素的微观形貌、结晶结构、官能团及热稳定性进行表征，以期为今后棉纤维的功能化改性提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

材料：棉纤维（合肥银山棉麻股份有限公司）;氯化胆碱（国药集团化学试剂有限公司）;草酸（Oxalic Acid，OA，生工生物工程股份有限公司，上海）;乙酸（Acetic Acid，AA，国药集团化学试剂有限公司）;丙酮（国药集团化学试剂有限公司）;乙醇（国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：电热鼓风干燥箱（上海力辰邦西仪器科技有限公司）;磁力搅拌电热套（CLT-1A，上海力辰邦西仪器科技有限公司）。

1.2 样品预处理

采用CWJZ-30型粉碎机将棉浆粕粉碎至细小颗粒，并置于电热鼓风干燥箱中，在50 ℃条件下烘干后以备用。

1.3 棉纤维在低共熔溶剂中的溶解

分别称取一定量的草酸，乙酸与氯化胆碱以1∶2的比例混合，混合物置于广口瓶内，密封瓶口，将电热套的温度设为100 ℃，待温度达到后，将广口瓶放入其中，加入搅拌子搅拌溶解。溶液完全溶解后，加入1%（质量百分比）预处理棉纤维，持续加热搅拌2 h，至溶液呈现透明黏稠状。