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自然界中存在和每年产生最多的有机物是多糖,多糖中数量最大的是纤维素,其次是甲壳素,再次是淀粉。纤维素和淀粉早已为人所知,直到1811年才有人对甲壳素进行研究。将甲壳素放在浓KOH溶液中煮沸,洗净后得到的物质,叫做壳聚糖。化学名称为直链[(1,4)-2-胺基-2-脱氧-β-D-葡聚糖],英文名称为poly[β-(1,4).2-amido-2-deoxy-D-glucopyranose],C.A.S登陆号为[9012-76-4]。由于壳聚糖分子中含有-OH,-NH<,2>,-NHCOCH<,3>,分子内、分子间含有氢键以及分子链结构刚硬,使得壳聚糖材料结构致密,溶解性较差,需要对其进行化学结构修饰,改变或者破坏原有分子的晶体结构,或者引入、改变其分子基团,改善其溶解性从而拓宽他们的应用领域。本文首先将壳聚糖降解到黏均相对分子质量小于10000之后再将其与失水甘油三甲基氯化铵反应,生成壳聚糖羟丙基三甲基氯化铵。这种阳离子型的壳聚糖季铵盐对于含有磺酸基和羧酸基的直接染料、酸性染料和活性染料中的阴离子有较大的反应性,使其在染色物上的染料分子增大,亲水基被封闭在织物上,形成不溶性染料盐沉淀,另外壳聚糖本身可以在织物表面形成一层保护膜,在壳聚糖上引入了阳离子性的季铵基团,更能有提高织物的各项色牢度。
壳聚糖本身都是由单体聚合而成的聚合物,相对分子质量很大,溶解性差,这样使它的应用受到很大限制。本文采用过氧化氢氧化降解法,制备了黏均相对分子质量为9048的低相对分子质量的壳聚糖,使得水溶性大大改善,同时也方便了后面一步季铵盐反应基团的引入。本文综合考虑各个因素设计了H<,2>O<,2>法降解壳聚糖的正交实验,通过考察所得降解产物的特性黏度和脱乙酰度,考虑各个因素对降解产物相对分子质量的影响并且得出H<,2>O<,2>法降解壳聚糖的最佳工艺条件,为低相对分子质量的壳聚糖的制备提供科学的依据。最佳制备条件为:过氧化氢浓度4%,乙酸的浓度3.5%,壳聚糖的含量2%,反应时间4h,反应温度50℃,制备的壳聚糖的脱乙酰度为88.53%,黏均相对分子质量为9048,颜色为淡黄色,水溶性好。本文制备的壳聚糖季铵盐是将一个低分子的季铵盐,即失水甘油三甲基氯化铵,引入到壳聚糖分子中的氨基上,生成壳聚糖羟丙基三甲基氯化铵。这种季铵盐具有很好地水溶性。由于该反应是非均相反应,反应过程中对壳聚糖的粒度要求较高,另外壳聚糖分子呈链状,并且无规则的缠绕内嵌,很难保证壳聚糖的氨基与季铵化试剂最充分的接触。对于以上问题,本文提出将壳聚糖与失水甘油三甲基氯化氨在碱性条件下反应。为了确定最佳合成条件,本文采用了正交试验。最佳合成条件如下:壳聚糖与失水甘油三甲基氯化氨的物质的量的比为1:4,反应温度为80℃,反应时间为24h,反应介质比为1:30的反应条件。最佳制备条件制备得到的羟丙基壳聚糖三甲基氯化铵的取代度为0.82,产率为0.63。
将羟丙基壳聚糖三甲基氯化铵对直接染料和活性染料分别做了固色实验。最佳的固色工艺参数:固色剂的用量为3%,pH为6,固色时间为20~30min,固色温度为60℃。将羟丙基壳聚糖三甲基氯化铵溶于水中制成30%的溶液。固色效果如下:活性染料染色的织物干摩擦牢度达到4~5级,湿摩擦牢度达到3~4级;褪色皂洗牢度达到4~5级,沾色皂洗牢度达到4级;褪色汗渍牢度达到4~5级,沾色汗渍牢度达到4~5级。直接染料染色的织物干摩擦牢度达到4~5级,湿摩擦牢度达到3级;褪色皂洗牢度达到4~5级,沾色皂洗牢度达到4级;褪色汗渍牢度达到4~5级,沾色汗渍牢度达到4级。