漆酶催化黄麻织物接枝乙烯基单体亲水化改性研究

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黄麻纤维中富含木质素(含量达到13.6%-20.4%),但黄麻木质纤维在漆酶催化作用下产生的酚氧自由基不能直接引发乙烯基单体的自由基链式反应,只有在有机过氧化物介体如叔丁基过氧化氢(t-BHP)等存在时才能实现木质素与乙烯基单体的接枝共聚。已有研究表明,在介体存在条件下,漆酶催化黄麻织物上的木质素接枝丙烯酰胺的非均相反应接枝率还比较低。针对这一不足,本文提出了一种新型的黄麻织物接枝改性方法,首先利用丁子香酚单体既有酚羟基、又有乙烯基C=C的特点,通过漆酶催化黄麻织物表面上的木质素桥接丁子香酚单体,使纤维表面富含C=C自由基活性反应位点,然后在漆酶/有机过氧化物催化体系下引发丁子香酚上的C=C双键与乙烯基单体的自由基链式反应,将乙烯基聚合物接枝到黄麻织物上。本文利用XPS对黄麻织物桥接丁子香酚(黄麻织物-g-丁子香酚)进行了表征,用溴量法测定了黄麻织物-g-丁子香酚中C=C的含量,计算出漆酶催化黄麻织物桥接丁子香酚的接枝率,并对漆酶催化黄麻织物桥接丁子香酚的反应条件进行优化。结果表明:漆酶确实可以催化黄麻织物桥接丁子香酚,并且接枝后丁子香酚的双键没有被破坏。黄麻织物桥接丁子香酚的最佳工艺条件为:50℃、pH4、4h、丁子香酚浓度5mmol/L、漆酶浓度1.68U/mL。本文选用具有亲水性的丙烯酰胺以及丙烯酸作为接枝单体,对黄麻织物-g-丁子香酚进行漆酶催化接枝改性。利用FT-IR、元素分析对黄麻织物-g-丁子香酚接枝丙烯酰胺进行了表征,通过微量凯氏定氮法对黄麻织物-g-丁子香酚接枝丙烯酰胺的含氮量进行测定,进而计算其接枝率,并对黄麻织物-g-丁子香酚接枝丙烯酰胺的工艺条件进行研究;利用元素分析对黄麻织物-g-丁子香酚接枝丙烯酸进行了表征。结果表明:在漆酶/t-BHP催化体系下,丙烯酰胺确实可以接枝到黄麻织物-g-丁子香酚的双键上。黄麻织物-g-丁子香酚接枝丙烯酰胺的较优工艺条件为:温度50℃、pH5、丙烯酰胺/黄麻织物-g-丁子香酚质量比为4/1、漆酶浓度2.4U/mL、反应时间12h、t-BHP用量2.4mL/L;在漆酶/t-BHP催化体系下,黄麻织物-g-丁子香酚也可以接枝丙烯酸。通过差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)分别对接枝丙烯酰胺、丙烯酸前后黄麻织物-g-丁子香酚的热性能进行研究。通过润湿时间、平衡回潮率和静态接触角等对接枝改性前后黄麻织物-g-丁子香酚的润湿性能进行研究。结果表明黄麻织物-g-丁子香酚接枝聚丙烯酰胺或聚丙烯酸后,热稳定性、润湿性均得到提升。
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