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化学处理后丝瓜藤纤维的性能表征

摘要：本文以一种具有多级孔隙结构的天然丝瓜藤为研究对象，对丝瓜藤进行5％NaOH-0.5％KMnO4、5%NaOH-3%CH3COOH、1%KH550、1%硬脂酸乙醇溶液4种不同的化学处理进行改性，借助傅里叶红外，xrd测试和热重分析测试，将不同化学方法改性处理的丝瓜藤纤维进行了定量，定性的分析。实验结果表明：化学改性处理后丝瓜藤的纤维长度、直径、壁厚有所增加。不同化学处理后丝瓜藤纤维红外光谱表明处理后丝瓜藤的表面的羟基，羰基，饱和烷基等官能团在5％NaOH-0.5％KMnO4处理后明显增加，而1%KH550、1%硬脂酸乙醇溶液处理后含量较少。化学处理后未改变丝瓜藤纤维素的晶形，四种化学处理后的结晶度分别为21.8%、23.2%、23.9%、25.2%。热重分析表明观化学处理后丝瓜藤纤维初始降解温度提前，处理后丝瓜藤纤维的活化能有所降低，热稳定性下降。

关键词：改性处理丝瓜藤、纤维表征、红外光谱、结晶度、热重分析前言

随着我国对可持续发展战略的不断重视，自然资源的利用成了当今的热点。其中植物纤维凭借着其资源分布广泛，具有良好的可再生性能和生物降解性能，被多数学者作为研究对象[1]。丝瓜藤作为天然植物纤维原料，目前在亚洲和非洲等一些热带亚热带地区广泛，其在我国的种植面积已达8万公顷，年产丝瓜藤18万吨[8]。丝瓜藤是一种绿色环保、无毒无害的植物产品，具有一定的药用价值如：抗炎抗过敏、抗氧化以及免疫调节等作用[2]。在丝瓜藤纤维中含有多种三萜及皂苷成分，主要为齐墩果酸及其糖甙，并且其的纤维素含量在50％以上，密度在0.3~0.45g/cm3是一种轻质的天然纤维[3.8]在轻质复合材料可以有效的运用。

目前的研究当中主要通过化学改性的方法来改性纤维。通过该方法改性后能增强纤维的力学性能，提高其添加在复合材料中的性能。第一种就是氧化处理改性，常用的有过氧化氢，丁二酸，高锰酸钾等[4]第二种是碱处理改性，主要由氢氧化钠作为试剂。Chalid发现碱处理30分钟后山椰子纤维中的半纤维素，木质素含量降低，对比相同纤维含量的PLA复合材料，碱处理过的均表现出较好的力学性能[4]。第三种为偶联剂改性，常见的偶联剂改性有：硅烷偶联剂、马来酸酐类偶联剂、异氰酸酯类偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸酯偶联剂[5]。通过偶联剂处理后可以较好的将纤维表面极性强的羟基官能团反应，提高纤维在复合材料之间的相容性，增加其力学性能[5]。盛雨峰[6]等人对甘蔗渣进行偶联剂处理，发现其改性处理后作为复合材料其拉伸强度和抗冲击强度有所提高。第四种为硬脂酸改性纤维，

曹丽坤[7]等人发现硬脂酸处理后，硬脂酸与纤维中的羟基发生脱水反应，并引入疏水性基团，获得了良好的疏水性改性材料。

目前丝瓜藤已被逐渐重视利用，但是对丝瓜藤进行改性处理研究较少。本篇文章在预实验的基础上，最后采用

方法一、二、三、四分别为5%NaOH-0.5%KMnO4、5%NaOH-3%CH3COOH、1%KH550、1%CH3(CH2)16COOH处理后的丝瓜藤纤维的四种改性方法，结合电子显微镜观察、傅里叶红外测试、X射线衍射分析以及热重分析丝瓜藤纤维的形态表征、官能团变化、结晶度和热降解性能进行探讨，比较不同化学处理之间的差别，为为丝瓜藤改性处理后性能的提高和广泛运用提供合理的依据。

1实验研究的内容

本实验主要探究4种不同化学处理后丝瓜藤纤维的基本性能。对丝瓜藤纤维的形态表征、官能团变化、结晶度和热降解性能进行分析。

4种不同化学处理丝瓜藤纤维

不同化学处理丝瓜藤纤维的形态表征

不同化学处理丝瓜藤纤维的傅里叶红外光谱特征

不同化学处理丝瓜藤纤维的结晶度对比

不同化学处理丝瓜藤纤维的热降解性能对比

实验材料与方法

2.1材料制备

此次实验以丝瓜藤为主，由安徽六安路口镇提供，初始采摘来的丝瓜藤有部分的卷须和分支如图（a），材料本身还有部分缺陷如:生物缺陷虫蛀、物理缺陷开裂、生长缺陷节子、基因缺陷扭曲等因素。为了保证实验的准确性，实验对丝瓜藤原材料进行修剪，选取成熟段藤材，去除节子部分和一旁的卷须和分支如图（b），将选取的丝瓜藤洗净，自然晾干后切成1cm长的小块如图（c），后放入65℃的烘干箱48h进行绝干处理，将样品分成4等份为之后的化学改性做准备。

图1（a）丝瓜藤的卷须和分支（b）修剪后的丝瓜藤（c）丝瓜藤1cm长小块（d）80~200目的丝瓜藤纤维粉末

Fig.1(a)Tendrilsandbranchesofloofahvines(b)Prunedloofahvines(c)1cmlongpiecesofloofahvines(d)80~200meshloofahfi