竹纤维的化学结构分析

一般认为,纤维素的特征吸收峰在2900cm-1、1425cm-1、1370cm-1、895cm-1处。1730cm-1附近的羰基(—C═O—)伸缩振动峰是半纤维素区别于其他组分的特征峰。木质素是由多分支芳香族化合物通过分子内成键形成的三维网状无定型高聚物,其红外谱图最为复杂。

图13.2为用微生物方法,在不同处理时间下竹纤维的红外光谱图。不同处理时间的竹纤维的红外谱图显示出相同的吸收峰位置,结合谱图及相关文献,分析得到表13.2中相应的特征峰归属。微生物处理前后竹纤维的红外谱图的最大变化在于3409cm-1处羟基(—OH)峰的强度的变化。纤维素由D-吡喃行葡萄糖基(失水葡萄糖)构成,除两端外每个糖单元上有3个游离羟基(—OH),这些羟基形成分子内氢键,使竹纤维具有吸水性,极性很强。这是竹纤维与非极性的聚丙烯塑料间的相容性差的根本原因。采用微生物法改性后,羟基峰减弱,表明竹纤维内游离及缔合的羟基数量减少,羟基数量的减少意味着竹纤维的极性降低,与非极性的聚丙烯基体间的极性差异减小,有利于竹纤维与聚丙烯的界面结合。纤维的亲水性也会随着羟基数量的减少而降低,因而材料的吸湿及膨胀率也会相应降低。1734cm-1附近的强峰是酯基和羧基中羰基的特征对称伸缩振动峰,为半纤维素区别于其他组分的特征峰,改性处理后,这个特征振动峰基本消失,由于半纤维素在微生物作用下分解,同时微生物在发酵过程中产生的各种酶可降解木质素,打开了酰基与某些糖残基的酯键;1244cm-1处谱带减弱,表明与苯环键相连接的甲氧基含量减少,而竹纤维中苯环来源为木质素;1167cm-1处峰强的减弱或许是由木质素和纤维素中的醚键(C—O—C)水解断裂引起的;而1049cm-1处峰的减弱则是因为纤维素中伯醇羟基的碳氧键(C—O)断裂。

图13.2 不同处理时间下竹纤维的红外光谱图

表13.2 竹纤维红外光谱图特征峰归属(www.zuozong.com)

续表

总之,竹纤维改性前后的红外谱图非常相似,只存在振动峰强度的差异,表明改性并没有使竹纤维产生新的化学结构和功能基团,只是表面基团部分被分解,改性前后竹纤维仍具有相似的结构。