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1、第2 7 卷第1 期 2 0 0 6 年1 月 纺织学报 J 0 u m a lo fT e x 脚eR e s e a r c h V 0 l2 7N ol J 卸 2 0 0 6 文章编号:0 2 5 3 - 9 7 2 “2 0 0 6 ) 0 1 0 0 5 8 0 4 偕胺肟双金属配合物纤维的制备及物理性能 汪学骞,吴之传,陶庭先,许茂东 ( 安徽工程科技学院,安徽芜瑚2 4 1 0 0 0 ) 摘要通过控制金属离子的浓度和反应时间制得一系列不同金属含量的双金属配合物纤维。分别对不同金属 含量的单、双金属配合物的断裂强度、断裂伸长率、初始模量、回潮率等物理机械性能进行了分析。结果表明
2、,各种 配合物的断裂强度、断裂伸长率与配合物中金属含量密切相关,盘属含量很低时,其值比聚丙烯腈纤维( P A N ) 的低, 随金属含量增加町达与P A N 相当值;与P A N 相比,嗣潮率增大,初始模量减小,双金属配台物具有良好的可纺性 能。 关键词偕胺肟纤维;双金属配合物;物理性能 中图分娄号:髓1 0 2 6 文献标识码:A S y I l t h e s i sa n dp h y s i c a lp r o p e I 啊e so f 舢i d o x i m e6 b e r c 帅t 习虚l l i n gb i m e t a lc o o r d i n a t i o
3、nc o m e x W A N GX u e q ;a n W UZ h i c h u a l l ,T A OT i “g x i a I l ,X UM a o d o n g ( 月n 地j 肼:州 i :r 矿7 嘶删诂眦,耽 u , 矶越 2 4 1 0 0 0 ,打) A b s t r a c tAs e d e 8o fb i n l e t a 】c o o f d i n a t i o nc o m p l e x 矗b e r sw i t hd i 饪r e n tc o n t e n t0 fm e t a lw e r ep r e p a r e db y
4、 c o n t m l l i “gt h ec o n c e n t m t i o n “m e t a li o n sa n dr e a c t i o n 廿m e P h y s i c a lp r o p e n i e ss u c ha st h eb 陀a k i “gs t r e r l 殍h , e l o n 蛐i o na tb r e a k ,i n i t i a lm o d u l u sa n dm o i s t u r er e 删no fL h es i “g k l e t a la n db i “他t a lc o o 工d i n
5、 a t i o nc o n l p l e x e s w i t hd j r e n t l e t a Ic o n c e n t r a t i o n sw e r et e s t e dr e s p e c t i v e l y T h er e s m t si n d i c a t et h tt h eb 矾a k i n gs t T e “g L h , e l o n 州i o na tb r e a ka r ec l 删yr e I a t e dt ot h em e t a lc o n c e n 叫i o ni nc 咖删i n a t i o
6、 nc o m p l e x e s W h e nt h em e t a L c o c e n t r a t i0 I lb e c o m e sv e wl o w ,t h e i rv a l u e sa r el e s st h a nt h o s eo fp o l y 耻r y l o n i t l e ( P A N ) A st h em e t a I c o n c e m l 8 t i o ni n c r e a s e s , t h 8 y a r ec o r r e s p o n d e n tt ot h o s e0 fP A N C
7、 o m p a r e d w i t | lP A N ,t h eb i m e t a l c o o r d i n a t i o nc o m p l e xh a si n c r e a s e dm o i s t u r er e g a i nb u td e c r e a s e di n i t i a lr n o d u l u s T h eb i r n e t a lc 0 0 r d n a t i 伽 c o I “p l e xh a s9 0 0 d8 p i n n a b i l i t y K e yw o r d s a m i d o
8、x i l e 矗b e r ;b i m e t a lc o o r d i n a t i o c o 。p l e x ;p h y s i c a lp T 0 p e n i e s 聚丙烯腈纤维改性制备的偕胺肟纤维( A O ( :F ) , 具有比表面积大、吸附条件简单、吸附速率快、可吸 附的金属离子的浓度范围宽、可反复再生使用等优 点,对其进行的研究集中在水溶液中金属离子的吸 附与富集”“、与金属离子的吸附机理”。、反应规律 等”1 。纤维结合上金属离子后,其机械物理性能发 生变化,并表现出一定的特殊性能,且随金属离子的 种类不同而不同I 。本文以偕胺肟纤维分别与 2 种不同
9、的金属离子反应生成偕胺肟双金属配合物 纤维,对双金属配合物纤维的断裂强度、断裂伸长 率、初始模量、回潮率等进行分析,并与单金属配合 物纤维进行比较。在纤维上同时结合2 种金属离 子,以期得到综合多性能的功能纤维。 1 实验部分 1 1 仪器与试剂 聚丙烯腈纤维( P A N ) ,上海金山石化总厂腈纶 分厂提供;三氯化铁、氯化铜、硝酸铅、硝酸铁及其它 收稿日期:2 加5 一O l 一2 7 修回日期:2 0 0 5 0 6 2 4 基金项目:国家自然科学基金资助项目( 2 0 2 7 1 0 0 1 ) ;安徽省高校自然科学基金资助( 2 0 0 4 k j 0 3 4 羽) 作者简介:汪学骞
10、( 1 9 4 5 一) ,男,教授,硕士。主要研完领域为功能性纺织品。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l 期汪学骞等:偕胺肟双金属配合物纤维的制备及物理性能【5 9 】 所用试剂,均为分析纯;实验所用水为去离子水;偕 胺肟纤维( 按文献 9 方法制备) 。 L L Y l 0 6 8 型电子单纤维强力仪;s H A c 恒温振 荡器;F c 一1 0 4 电子天平。 1 2 实验方法 1 2 1 偕胺肟单金属配合物纤维的制备 称取o 5 0g
11、A O c F ( 转化率口= 1 8 6 6 ) 5 份,分 别放人移有2 5 o om L 不同初始浓度c 。( m o l ,L ) 的 c u c k 溶液中,在室温、p H 值为2 o 的条件下反应 3 0n l i n 后,取出纤维用蒸馏水反复抽洗,晾干,得一 系列不同铜含量的A 0 c F c u ( ) ( 用A 表示) 。根据 c u 含量( 以每克纤维含( :u c l :毫克数计,吲g ) 的不 同分另0 为:A ( 7 2 8m g ,g ) ;A :( 1 4 5 4m g ,g ) ;A , ( 2 1 4 3 叫g ) ;A 4 ( 3 1 4 2 l g ,g
12、) ;如( 4 2 6 4 m g ) 。 A 0 c F c u ( ) 中c u 含量厂( m g ,g ) 测定方法如 下。合并洗液与反应液并定容至2 5 0 0 0l n L 。先加过 量的E D T A 络合,再用z n c L 返滴定法测定c f + 的 浓度c ,( m o l 儿) ,A ( ) c F c u ( ) 中c u c l :的量r ( m g 幢) 由下式计算: r 。= ( G o 2 5 0 0m L C 2 5 0 0 0m L ) M ( C u C k ) O 5 0g 式中,_ ! l f ( c u c l :) 为c u c l 。的摩尔质量。
13、用同样的方法制A O c F P b ( ) ( 用B 表示) ,按 P b 的含量( 以每克纤维含P b ( N O ,) :的毫克数计, m g ,g ) 分别表示为:B 。( 9 8 6 “9 7 9 ) ;B :( 1 89 g ) ; B 3 ( 2 6 1 “g ,g ) ;B 4 ( 2 9 7m g ) ;珐( 4 0 9 “g ,g ) 。 1 2 2 偕胺肟双金属配合物纤维的制备 将A ,A 。,A ,A 4 ,A ,分别放人移有2 5 o om L o 0 3 7m o l ,LI k q 溶液中,在p H 值为2 5 ,室温下分 别反应2 ,4 ,6 ,8 ,1 0l
14、l l i n 后,取出纤维,抽滤、洗涤、晾 干,得到一系列不同铜铁含量的偕胺肟双金属配合 物纤维A 0 c F c u ( ) F e ( ) ( 用c 表示) ,按金属含 量( 以每克纤维含c u c L 、F e c L 的毫克数计) 的不同 分别表示为:c ( c u c l 2 2 9 2I 吲g 、F e c l 3 5 8 2 0r 1 1 9 ,g ,下 同) ;c 2 ( 3 6 8m g ,7 5 5 4I n g ,g ) ;c ,( 5 9 2m g , 9 0 7 7m g ,g ) ;c 。( 6 5 0H 1 9 ,g ,1 0 4 7 5I n g ,g ) ;
15、c 5 ( 9 4 3 珂g ,1 0 6 0 1 “唱,g ) 。 铁铜含量按下列方法测定。台并反应液与洗液 定容至2 5 0 0 0m L 。再移出2 5 o om L 溶液,先用1 + 1 H c l 调p H 值至I 5 2 5 ,用磺基水杨酸作指示剂, 用E D T A 滴定F e ”的浓度,第一终点由紫红色变为 亮黄色为F e 3 + 的络合终点,用计算单金属配合物纤 维中F e 量的相同方法计算双金属配合物纤维中的 F e 量;再向滴定后的溶液中加入过量的E 叽溶液, 并用( c H 2 ) 。N 4 调P H 值为5 6 ,以二甲酚橙作指示 剂,用z n c L 返滴,此时终点
16、由亮黄色变为酒红色。 测定溶液中c u 2 + 的浓度c :,则所含c u c l :的量 m 。= C :2 5 0 0 0m L 埘( C u c l 2 ) m 为原单金属配合物纤维A O c F c u ( ) 中被站+ 置换下来的c u ( ) 量。所以双金属配合物纤维中 c u ( ) 含量为 原结合量一被置换量= r 。一m 。o 5g 。 用同样的方法制备一系列不同铅铁含量的偕胺 肟双金属配合物纤维A ( ) c F P h ( ) F e ( ) ( 用D 表 示) ,分别表示为D P b ( N q ) :5 2 8u l g ,g ,F e ( N q ) , 3 8 9
17、 6r n g ,下同 ;D 2 ( 9 6 3m g ,5 6 6 1m g ) ;地 ( 1 3 3 9m g ,g , 7 45 3m g ,g ) ; D 4( 1 6 8 9r n g ,g , 8 9 6 8I D g ,g ) ;( 2 3 3 9I 玎g ,g ,1 1 8 3 7m g ,g ) 。金属含量 以每克纤维含P b ( N 0 ,) ,、F e ( N 0 ,) ,的毫克数计。 偕胺肟双金属配合物纤维中铜或铅的含量比对 应的单金属配合物纤维的含量要低,且随着与F e “ 反应时间的增加,铜的含量减少得越多,说明 A o c F c u ( ) 或A O c F P
18、 b ( ) 与F e 反应时,F e 不仅可以与纤维中未被反应的偕胺肟基团反应,而 且还能将A ( ) c F c u ( ) 中的c u ( ) 或P b ( ) 置换 下来。 2 结果与讨论 2 1 偕胺肟双金属配合物纤维的色泽 腈纶纤维为白色,偕胺肟化后仍保持白色,但与 金属离子螯合后,均变为均匀的彩色,且随金属含量 的增加,各系列颜色逐渐加深,经热水和皂洗,均不 褪色。各系列颜色情况列于表l 。 表1 改性前后纤维及其偕胺肟金属配合物纤维的颜色 2 2 断裂强度与初始模量及断裂伸长率 以A 0 c F 为配体,制得不同金属含量的 A 0 c F c u ( 1 I ) 、A 0 c
19、F P b ( ) 单金属配合物纤维和 A ( ) C F c u ( I J ) F e ( ) 、A O C F P b ( ) F e ( ) 双金属配 合物纤维,将它们烘干后,在相同的测试条件下,取 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【6 0 】 纺织学报 第2 7 卷 单丝在L L Y 0 6 8 型电子单纤维强力仪中测其断裂强为3 0 个,测量数值取其平均值,各物质的断裂强度 度、初始模量与断裂伸长率等物理机械性能,子样数初始模量与断裂伸
20、长率列于表2 ,3 。 表2 不同纤维的物理机械性能 纤维 。答尝j 鼍魏长。器罂j 纤维 。誓置芸j 断戮长。器鬈j P A N23 31 73 701 7A O C F2l l2 l7 601 3 A 18 31 69 200 7 3B t8 41 70 2Ol O A O c n c u ( ) A 2 18 71 7 1 90 0 7 5 A 0 c F - P b ( ) B 2 l9 l1 74 60 1 1 A ,l9 72 00 30 f 1 9B ,2 0 91 79 5O 1 l 儿21 82 l 8 3O 1 6 毗 22 32 21 201 3 m24 92 2 5 2
21、01 7B 。2 4 42 2 7 6O1 4 表3 偕胺肟双金属配合物纤维的物理机械性能 纤维 。黧翟,t 篡长。黧冀嚣, 纤维 。黧攀,鼍篡长。黧等, C 20 9 1 95 5O1 2D 21 4 1 99 9O1 3 C 2 21 42 28 1 01 0D 2 2 2 02 l6 3 O1 7 C ,22 42 3 5 900 9 5 D 、 22 72 I9 0 Oi 3 C 。22 82 3 6 40 0 9 6D 止2 3 62 19 70 1 1 C t23 42 44 10l l 风 25 82 20 400 8 5 从表2 看出,偕胺肟纤维A O c F 的断裂强度比 原
22、聚丙烯腈纤维( P A N ) 小,这可能是P A N 分子中部 分一C N 偕胺肟化后,高分子链变得不均匀所致,但 断裂伸长率却增大,初始模量变小。单金属配合物 纤维A ( ) c F c u ( ) 和A O c F P b ( ) 随金属含量的增 加,其断裂强度、断裂伸长率及初始模量均增加。但 与A 0 c F 相比,铜或铅含量低时,断裂强度比A 0 c F 的小,这可能是偕胺肟纤维结合上金属离子后,高分 子链上的不均匀性加大,所以断裂强度减小。但 A O c F 与金属离子反应,金属离子可同时与多条链 上的偕胺肟基形成配位键,随金属含量的增加,沿高 分子链的配位作用增多,这种配位的结果
23、引起高分 子链与链阃的交联,高分子链问由原来的物理作用 变成化学作用,链问的结合变牢固,使得断裂强度值 增大,金属离子含量越多增加值越多,所以,金属含 量高时,断裂强度比A O c F 的大,达到或超过P A N 的 值。断裂伸长率、初始模量与断裂强度表现出相同 的结果。 从表3 看出,双金属配合物纤维的断裂强度、断 裂伸长率与单金属配合物纤维结果相同,随金属含 量的增加而增加,由于实验样品的金属含量相对较 高,所以,其值较P A N 增幅大。初始模量与金属含 量的递变规律不明显,这可能是2 种金属离子的缘 故,但其值总体上比P A H 的小。结合断裂伸长率的 变化,双金属配合物纤维比P A
24、N 纤维的弹性更好。 从表2 、3 中可看出,无论是单金属配合物纤维 还是双金属配合物纤维,随着金属含量的增加,其断 裂强度、断裂伸长率、初始模量均可达到与聚丙烯腈 纤维相当大小的值,说明聚丙烯腈纤维通过偕胺肟 化再形成金属配台物后,其力学性能仍然可保持与 原纤维相当,甚至可以比原纤维更好。所以,形成的 配合物纤维仍然具有良好的可纺性能。 2 3 纤维回潮率的测定 回潮率的测量按c B6 5 0 3 1 9 8 6 方法进行“。 分别取金属总量不同的2 种双金属配合物纤维各 8 份,在空气中放置2 4h 后,在电子天平上分别称量 质量( 彤) ,将称量后的样品放人1 1 0 恒温干燥箱 中干燥
25、至恒重,取出放人干燥器中稍冷后称量质量 ( 舻:) 。 由称量时空气的湿度、温度及压力,根据国家标 准查得e 值,按公式算得修正值c ,得修正质量 矿。 E = 酽( 1 + C ) 回潮率为R := ( E 一酽) ,w j 1 0 0 其中,i = 1 ,2 ,8 。 计算结果列于表4 。从表4 看出,双金属配合 物纤维的回潮率比一般化学纤维的回潮率值大,这 是由于纤维侧链上螯合了金属离子,其外围的空轨 道可与水分子络合,以及其极性结构也可与极性水 分子间产生偶极作用使纤维更易与水作用,从而使 回潮率值大,而且,随着纤维中金属离子含量的增 加,回潮率的值增大。所以,双金属配合物纤维的回 潮
26、性更好,性能更优越。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l 期汪学骞等:偕胺肟双金属配合物纤维的制备及物理性能 【6 1 】 表4 不同金属含量的偕胺肟双金属配台物纤维的回潮率 金属总含量回潮率,金届总含量回潮率, ( “g g 1 ) ( “g g 叫) 7 8 9 71 4 0 11 59 4】01 1 8 46 9 1 44 62 81 0】O7 0 9 64 31 45 36 5 5 51 2 1 9 1 2 41 31 70 61 帅7
27、41 66 5 1 2 70 2 1 7 3 51 9 95 21 66 7 2 4 29 71 75 7 2 4 83 lt 7 9 l 1 9 43 91 8 5 32 卯1 91 8 1 9 3 结论 聚丙烯腈纤维( P A N ) 经N 心O H 反应制成偕胺 肟纤维,先后与c u 2 + 、F e “或P b “、F ,+ 反应,制得 偕胺肟双金属配合物纤维A O ( :F c u ( ) F e ( ) 和 A o c F - P b ( ) F e ( ) 。从断裂强度、断裂伸长率、初 始模量、回潮率等性能的分析表明,双金属配合物纤 维的断裂强度、断裂伸长率与纤维中的金属含量密
28、切相关,金属含量很低时,其值比P A N 的低,随金属 含量增加可达与P A N 相当的值。与P A N 相比,回潮 率增大,初始模量减小,双金属配合物纤维具有良好 的可纺性能。$ g 糕 参考文献 1 c h j a d es ,R a t 协M ,R D v H I I iM ,M e r c u r yr e m o v a l 丘伽1w a t e r b yi o n e x c h a “g er c 曲圳d 唧l o n J w 时e rR e s ,2 0 0 0 ,3 4 ( 1 1 j ,2 9 7 1 2 9 7 8 N u r s e lP e k e l ,N u w
29、 坩ns a l l i n e r ,P i 盯A “聃,e ta lU m n v l i o n a d s o l p v i y o f 2 一p y r m b d o n e ,a 。r y l o f l i 丑ec o y e d c h y d m g 出c o n t a i n i n ga m i d o x i n 辩印u p s :J P 由眦 B u e n ,2 0 0 0 ,4 4 ,5 9 3 6 0 0 u nw e i p i “g ,L uY u n ,z e nH a I l m i n g ,e ta lE x 岫c t i o n0 f g o
30、 l df I o A u ( I I I ) i 0 c o n t a i l l i “g8 0 l u t i o nb yar e a c t i v e6 b e r 【JJ JA p p lP 0 l 邢s c i ,1 9 9 3 ,4 9 :1 6 3 5 1 6 3 8 符若文,陆耘,曾汉民等无纺布上的偕胺肟基团整 合物的氧化还原反应研究 J 高分子学报,l 鲫4 , ( 5 ) :5 2 0 5 2 7 吴之传,陶庭先,高红军等偕胺肟基纤维对s m ( ) 、N d ( ) ,P r ( ) 的吸附与富集 J 稀土,2 0 0 2 2 3 ( 5 ) :2 6 2 8 吴
31、之传,陶庭先,汪学骞偕胺肟纤维与F e ( ) 、c o ( ) 、N i ( ) 、c d ( ) 、H g ( ) 配合物的红外光谱研究 J 光谱学与光谱分析,2 0 0 4 2 4 ( 4 ) :4 4 0 4 4 3 是之传,陶庭先,孙志娟,等偕胺肟基纤维对镍( ) 的吸附动力学研究 J 华南理工大学学报2 0 0 3 ,3 1 ( 9 ) :5 4 5 6 吴之传,汪学骞陶庭先,等螯合金属离子的腈纶纤 维的制备及性能 J 纺织学报,2 0 0 4 ,2 5 ( 6 ) :3 6 3 8 吴之传,陶庭先,叶生梅,等键合型纳米银一腈纶纤 维的制备及其抗菌性质 J 功能材料,2 0 0 4 ,3 5 ( 3 ) : 3 7 l 一3 7 2 陶庭先,吴之传,赵择卿螫台纤维的制备聚丙 烯腈纤维改性 J 合成纤维,2 0 0 1 ,3 0 ( 4 ) :3 3 3 5 G B6 5 0 3 1 9 8 6 ,合成纤维长丝及变形丝回潮率的实 验方法 s 纠 列 引 纠 川 引 州 互_ 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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