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细菌纤维素原位复合二醋酸纤维的制备及其表征(2)
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摘要：图1(d)所示为复合材料的截面图，图中箭头所指方向皆有细菌纤维素的存在，说明其贯穿二醋酸短纤网，形成连续层结构，从而能保证短纤维层与层之间的
图1(d)所示为复合材料的截面图，图中箭头所指方向皆有细菌纤维素的存在，说明其贯穿二醋酸短纤网，形成连续层结构，从而能保证短纤维层与层之间的结合强度；图1(e)为单根二醋酸纤维的截面复合形貌，箭头部分都为细菌纤维素，而最底部纤维表面的沟槽表明二醋酸纤维的存在，说明细菌纤维素在穿插中仍保持空间网状结构[11]，有助于保持复合材料的透气性。
图1 细菌纤维素/二醋酸纤维复合形貌照片(a)二醋酸纤维形貌；(b)整体复合表面；(c)单纤维复合表面；(d)整体复合截面；(e)单纤维复合截面Fig.1 Morphology of BC/CDA fiber composites(a) surface morphology of CDA fiber; (b) surfacemorphology of integrated composites; (c) thesurface morphology of single fiber; (d) sectionmorphology of integrated composites;(f) section morphology of single fiber
3.2 红外光谱分析
图2所示为二醋酸纤维及细菌纤维素/二醋酸纤维复合材料的红外光谱图。从图中可以看出，二醋酸纤维在3435 cm-1处有宽化的吸收峰，这是其O-H的伸缩振动；在1735 cm-1处尖锐的强吸收峰为C=O的伸缩振动；1223 和1035 cm-1处出现两个强的尖吸收峰，分别是二醋酸纤维内乙酰酯基和环醚键上的C-O伸缩振动[16]。复合材料在3342 cm-1处有强的较尖锐的吸收峰，为特征基团-OH上O-H的伸缩振动，相比二醋酸纤维来说，O-H发生部分红移，这是因为复合之后形成大量氢键，二者形成了稳定的结构，具有良好的相容性；1644 cm-1处为纤维素上羰基C-O的特征吸收峰；1424 和1361 cm-1处代表了C-H的对称变形和弯曲振动[17]。这些特征吸收峰说明了二醋酸纤维成功与细菌纤维素复合，形成了稳定的结构。
图2 二醋酸纤维复合前后的红外光谱图Fig.2 FTIR spectra of CDA and BC/CDA composites
3.3 孔径及透气性分析
对于非织造材料来说，孔径分布和透气性能是表征其性能的重要参数。将制备的复合材料(92 g/m2)与商用二醋酸水刺无纺布(100 g/m2)的孔径分布进行对比，具体测定结果如图3所示。
由图3可知，二醋酸的平均孔径为103.4 μm，孔径分布较为集中；而复合材料的平均孔径为67.3 μm，孔径分布范围较广，在20.0～106.5 μm，整体接近正态分布。相对来说，孔径65.0～70.0 μm所占比例最多，为13.2%。这是因为二醋酸纤维网的大孔被细菌纤维素部分填充，再加上短纤网和细菌纤维素分布不够均匀，从而导致了复合材料孔径的不均匀。
材料的孔径及其分布情况和透气性密切相关。根据GB 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》，测得二醋酸原样在测试面积为5 cm2、压差为50 Pa条件下的透气率为560 mm/s，复合材料在同样测试条件下的透气率为107 mm/s，透气率降低了81%，这可能是由于细菌纤维素填充不匀所致，与前面孔径分布结果有良好的对应关系。该研究在一定程度上为制备无纺布提供了新方法[18]，但是在如何调控复合纤维的均匀性以保持材料透气性方面需要更深入的研究。
3.4 力学性能分析
力学性能是制约非织造布能否应用于土工布和墙用布制造的重要因素，根据GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能的测定》将试样裁剪成条状测试其拉伸性能。表1为测得的复合材料及二醋酸纤维水刺无纺布拉伸性能对比结果。复合材料的断裂强度可达5.95 MPa，断裂伸长率为7.10%，杨氏模量为89.87 MPa；二醋酸纤维水刺无纺布的断裂强度为1.11 MPa，断裂伸长率为58.38%，杨氏模量为4.61 MPa。这是因为水刺无纺布纤维梳理均匀，纤维间勾缠作用明显，容易产生滑移，而细菌纤维素的模量高，与二醋酸纤维结合较牢固，不易滑脱，因此断裂伸长小。由此可以看出非织造复合材料的力学性能表现出高强低伸的特点，在高强力领域具有潜在的应用价值。
图3 复合材料与商用二醋酸水刺无纺布的孔径分布对比图(a.二醋酸对照样；b.复合材料)Fig.3 Pore size distribution(a. original diacetate fiber; b. BC/CDA composites)
表1 二醋酸纤维水刺无纺布及复合材料的拉伸性能Table 1 Tensile property of composites and spunlace non-woven fabric of CDA fiberSampleBreaking stress/MPaExtension at break/%Young’s modulus/MPaSpunlace non-woven fabric of cellulose diacetate /cellulose diacetate
图4所示为复合材料的应力-应变曲线，可知初始拉伸阶段细菌纤维素和二醋酸纤维之间并未发生明显的滑脱，主要是依靠细菌纤维素的强力，说明二者结合较好；继续拉伸过程中，曲线中a、b之间短暂的平台期可以说明此时二醋酸纤维之间发生一小部分滑移，模量较低；拉伸的最后一个阶段，即b点之后，发生二醋酸纤维的断裂，可以明显看到这一阶段的模量较高，这可能是由于二醋酸纤维表面包覆了一层细菌纤维素，与之前的研究结果[4]一致。
文章来源：《世界复合医学》 网址: http://www.sjfhyx.cn/qikandaodu/2021/0510/1272.html
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