改性海藻酸钠的表征分析

刘元军，赵晓明

(天津工业大学纺织学部，天津 300387)



改性海藻酸钠的表征分析

刘元军，赵晓明

(天津工业大学纺织学部，天津 300387)

通过对海藻酸钠糊料进行改性，研究了海藻酸钠改性的最佳工艺条件并进行了结构表征的测试，得出制备改性海藻酸钠的最佳工艺为：海藻酸钠原糊100g,环氧氯丙烷用量为5%，pH为10，反应温度为50℃，反应时间为1.5小时。

海藻酸钠 环氧氯丙烷 改性 结构表征

0 前言

海藻酸盐是从马尾藻、褐藻或海带中提取的一种碳水化合物,易溶于水而成为黏稠的水溶液,然而几乎不溶于任何有机溶剂[1-4]。由于糊料的工业化生产和印花的产业化过程中存在的许多限制因素，海藻酸钠在活性染料印花糊料中的应用具有局限性[7-8]。本文研究了改性海藻酸钠糊料的性能，为未来扩展海藻酸钠的应用提供依据。

1 实验

1.1 材料、药品、仪器

材料：纯棉机织物

药品：海藻酸钠，环氧氯丙烷，无水乙醇，尿素(天津市光复试剂厂)。

仪器：FTIR-8400型傅里叶变换红外光谱仪，1010-2B型电热鼓风干燥仪，HH-4型数显恒温水浴锅，TG16A-W型微量高速离心机，JA3003N型电子天平，JJ-1型精密增力电动搅拌器。

1.2 改性海藻酸钠的制备

1.2.1 制备方法

1.2.1.1 改性方法

反应温度为50℃,环氧氯丙烷的用量为5%,反应时间为1.5h,pH值为10。

1.2.1.2 合成步骤

常温下向质量分数3% 的海藻酸钠原糊中加入一定质量的质量分数2% 的氢氧化钠溶液中，调节其pH值(8～9)(即碱化),然后缓慢加入环氧氯丙烷反应。最后加入质量分数为2% 的盐酸中和反应产物，接着加入无水乙醇直到有絮状物出现且溶液完全呈水状，离心半小时得其沉淀物。

1.3 改性前后海藻酸钠结构表征的测定

1.3.1 改性前后海藻酸钠的结构的测定

红外图谱法：在干净平整的玻璃表面成膜，膜的厚度尽可能的小(约1mm厚)，且成膜要透明；然后利用红外光谱仪测谱，分别记录海藻酸钠和改性海藻酸钠的红外光谱图。

1.3.2 改性前后海藻酸钠的黏度测定:按GB1976-80进行。

1.3.3 改性前后海藻酸钠的热稳定性测定:按GB/T 17802-2011进行。

2 结果与讨论

2.1 改性前后海藻酸钠的结构表征

2.1.1 改性前后海藻酸钠的结构

参照1.3.1，改性前后海藻酸钠的红外光谱如图1和2所示：

图1 海藻酸钠的红外图谱

图2 改性海藻酸钠的红外图谱

由图1和图2可知，改性海藻酸钠和海藻酸钠的红外谱图具有许多相似的特征吸收峰,但其区别在于未改性的海藻酸钠在波数为1094cm-1处的波峰(代表-C-H变角振动),在改性海藻酸钠图谱上被1120 cm-1处强峰几乎湮没,只剩一个不明显的肩峰，波数在1120 cm-1的强峰主要为醚键，说明海藻酸钠和环氧氯丙烷有交联。

2.1.2 改性前后海藻酸钠的黏度

参照1.3.2，改性前后海藻酸钠的黏度如表1所示：

表1 浓度不同对改性海藻酸钠原糊的黏度的影响

从表1可知，改性海藻酸钠和海藻酸钠的原糊随着浓度的增大，其黏度都随之增大；且改性海藻酸钠随着浓度的增加其成糊率明显比普通海藻酸钠的增加的要多。这可能是由于海藻酸钠的分子中存在着很多羧基，其在一定条件下羧基会发生电离，产生负电荷，分子之间产生斥力，减弱了分子间的作用力，减弱分子或链段之间相互缠绕，降低了结构黏度；所以其黏度接近牛顿黏度。通过环氧氯丙烷改性后，大分子链增长，分子量变大，分子间作用力增大，且交联后生成的醚键，也能生成氢键，再加上分子中剩余的羟基，使得大分子间的作用力大大增强，分子或链段之间相互缠绕更加紧密，形成更大的交联网状结构，导致其结构黏度急剧增大，宏观上表现为表观黏度急剧增加[9-10]。因而，这也证明了醚键的生成和交联的发生。

2.1.3 改性前后海藻酸钠的热稳定性

参照1.3.3，改性前后海藻酸钠的热稳定性如图3所示。

图3 温度对原糊黏度的影响

注：图中的SA表示海藻酸钠

由图3可知，改性海藻酸钠比海藻酸钠具有更好的热稳定性；将浓度为3%的原糊以1.5℃/min从25℃上升为60℃,改性产物原糊的黏度只下降了940mPa·s，而海藻酸钠的却下降了1580mPa·s。这可能是由于海藻酸钠溶液随温度的升高,分子间的氢键大量破裂,且分子中还存在电离的羧基产生的静电斥力，故黏度几乎直线下降。改性海藻酸钠由于醚键的存在,其键能比氢键要强得多,较低的温度不会导致键的破裂,黏度下降要缓慢得多,所以改性后的海藻酸钠具有一定的热稳定性，从而验证了醚键的生成，以及具有较好的热稳定性[11-14]。

3 结论

改性前后3%的海藻酸钠原糊黏度从2660mPa·s升高到9400mPa·s，当以1.5℃/min从25℃升温到60℃,改性海藻酸钠黏度仅下降了940mPa·s,而海藻酸钠则下降了1580mPa·s。

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Characterization Analysis of Modified Sodium Alginate

LIUYuan-jun,ZHAOXiao-ming

(Textile Department, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387)

By modifying the original paste of sodium alginate, the optimum preparation conditions for modification of sodium alginate was explored and the structure characterization was tested. The optimum preparation conditions of modified sodium alginate were that raw sodium alginate paste was 100g, epichlorohydrin dosage was 5%, pH value was 10, reaction temperature was 50℃ and the reaction time was 1.5 hours.

sodium alginate epichlorohydrin modification structure characterization

2016-05-12

国家自然科学基金项目(51206122)

刘元军(1986-)，女，博士，研究方向：海藻酸钠的制备及其性能。

赵晓明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生导师。

TQ340

A

1008-5580(2016)04-0017-03