刘福红，林 花，曹 菲，龚 剑

（1.东北师范大学化学学院，吉林长春 130024；2.吉林工商学院基础部，吉林长春 130062；3.吉林大学白求恩第一医院检验科，吉林长春 130021）

绿色可降解超细纤维的制备及性质表征

刘福红1，2，林 花3，曹 菲1，龚 剑1

（1.东北师范大学化学学院，吉林长春 130024；2.吉林工商学院基础部，吉林长春 130062；3.吉林大学白求恩第一医院检验科，吉林长春 130021）

采用可以食用的玉米淀粉糖为原料，用乙醇做溶剂，通过高压静电纺丝法制备了玉米淀粉糖的超细纤维.经加热处理增加了玉米淀粉糖超细纤维的稳定程度和柔韧性，并降低了水溶性.通过X射线粉末衍射（XRD）、红外光谱（IR）和扫描电子显微镜（SEM）等测试手段对纤维的组成和形貌进行了表征.结果表明，玉米淀粉糖与乙醇发生了缩醛化反应.

绿色；玉米淀粉糖；静电纺丝；超细纤维

玉米淀粉糖是一种优良的可生物降解材料［1］，已被广泛应用于食品、医药、保健等领域［2］.玉米淀粉糖是从玉米中制得，玉米可再生，在我国产量丰富，所以玉米淀粉糖来源丰富，容易得到.本文以玉米淀粉糖为原料，乙醇做溶剂，利用静电纺丝方法制备了玉米淀粉糖超细纤维［3－5］，并探讨了制备的最佳条件.该实验的典型特征是实验过程及所用原料、试剂均无毒害，对环境无污染，制备的纤维能降解，可以说是绿色化学的典范.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：静电高压装置及喷管、接收板（自组装）；JSM－5600型扫描电子显微镜（日本）；Alpha－Centauri560型FT－IR光谱仪（Nicolet公司）；D／max－Ⅲc自动X射线仪（日本）.

试剂：玉米淀粉糖、乙醇均为分析纯.

1.2 制备方法

分别配制不同比例的玉米淀粉糖和乙醇的混合溶液（见表1），恒温水浴加热，静止，使其作用.分别用静电高压纺丝装置进行纺丝，纤维呈白色毯状，避光保存在干燥器中.

表1 玉米淀粉糖和乙醇不同比例的混合液

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析

玉米淀粉糖的红外光谱见图1中曲线a，在3 366 cm－1处的宽峰归属于O—H的伸缩振动峰［6］，1 636 cm－1归属于C═ O的伸缩振动峰，2 929 cm－1归属于C—H伸缩振动峰，1 149 cm－1归属于（C—O—C）的不对称伸缩振动，767，923和845 cm－1则对应于葡萄糖的环变形模式［7］.图1中曲线b为玉米淀粉糖纤维的红外光谱，同图1曲线a比较，可以看出：3 389 cm－1处O—H的伸缩振动峰明显增强，1 628 cm－1处C═ O的伸缩振动峰明显减弱，并且C—O—C的伸缩振动峰明显增强，推测生成了缩醛式化合物［1］.在图1曲线b上1 042，1 079，1 151和1 172 cm－1处明显出现了C—O—C的伸缩振动吸收峰，它们属于缩醛的特征吸收峰［6］.这些结果证实了玉米淀粉糖在形成纤维前与乙醇发生了缩醛反应.

2.2 XRD表征

玉米淀粉糖和玉米淀粉糖纤维的XRD曲线见图2.图2曲线a在2θ＝21.3°处有一个宽衍射峰；曲线b在2θ＝22°处和2θ＝16.5°处分别有一个衍射峰.若玉米淀粉糖与乙醇分子间没有作用或者作用弱，那么这2条曲线应该很相似.而实际上在曲线b中，我们看到一个峰位发生明显偏移的宽峰，在2θ＝22°处出现了一个尖峰，且峰强增强，峰宽变窄.这一结果表明乙醇和玉米淀粉糖分子间发生了相互作用，即发生了缩醛反应.

图1 玉米淀粉糖（a）和玉米淀粉糖纤维（b）的红外光谱

图2 玉米淀粉糖（a）和玉米淀粉糖纤维（b）的XRD

2.3 SEM表征

图3 玉米淀粉糖纤维的SEM

2.3.1 乙醇质量分数对纤维形态的影响

不同质量分数的玉米淀粉糖纤维的SEM图见图3.从图3中我们可以看出，玉米淀粉糖纤维材料在电压、喷口到接收板距离一定时，随着乙醇质量分数的增加纤维的形状变化：a（块状）→b（短纤维）→c（长纤维）→d（中纤维，长度变短）.随着乙醇含量的增加，可以纺制出纤维，并且纤维的长度逐渐增大，均匀程度也有所提高，但乙醇增加到一定量（37.5%）之后，丝的均匀程度开始下降，并且纤维长度变短.比较图3b可以看出，当乙醇质量分数26.5%时能纺制出形态较好的纤维.

2.3.2 温度对纤维形态的影响

温度对纤维形态的影响见图4.从图4中a为纤维未加热，b为纤维在真空烘箱中90℃时加热12 h.通过比较发现：加热使纤维的钢性降低，柔韧性略有增强；加热对纤维的形貌影响不大，但经过加热后的纤维较加热前有明显的室温稳定性，在我们的实验中，保持几个月而没有发生任何形态上的改变，并且加热后纤维的憎水性有所增强.

图4 乙醇浓度相同时纤维加热前后的SEM

2.4 纤维的直径分布

纤维的直径分布见图5.图5a为乙醇质量分数为9.1%，最小直径为900～1 000 nm，平均直径约为1 428 nm；图5b中，乙醇质量分数为16.7%，最小直径为900～1 000 nm，平均直径约为1 334 nm；图5c乙醇质量分数为26.5%，最小直径为600～700 nm，平均直径约为1 296 nm；图5d中乙醇质量分数为37.5%，最小直径为1 000～1 100 nm，平均直径约为1 453 nm.随着乙醇含量的增加，丝的均匀程度有所提高，并且纤维的直径变小，但乙醇增加到一定量之后，丝的均匀程度又开始下降，并且纤维的直径变大.乙醇质量分数26.5%为最佳条件，纤维平均直径小.

图5 玉米淀粉糖纤维的直径分布

3 结论

本文以绿色化学为原则，整个实验无毒、无污染.用静电纺丝法可直接获得具有较好结构的超细玉米淀粉糖纤维，通过90℃的热处理后，纤维形貌可长时间保持不变，且憎水性增强，初步改善了纤维的性质.红外光谱及X射线粉末衍射显示玉米淀粉糖与乙醇发生了缩醛化反应.从纤维直径分布图中可以看出：乙醇含量的增加，纤维直径变小，纤维均匀程度有所提高.

4 展望

玉米淀粉糖纤维的制备目前还未见报道.提倡绿色消费与加强环境保护势在必行，符合潮流的生物降解材料作为高科技产品和环保产品正成为一个研发热点.玉米是可再生资源，所以玉米淀粉糖的来源非常丰富.我们已经成功纺制出玉米淀粉糖超细纤维，而且整个实验过程及纤维都是绿色无污染的，以后我们要做的工作就是对玉米淀粉糖超细纤维的性质逐步改进，它的优良性质如保暖性、防水透气性、优良的过滤性、去污、去油、吸水性等超细纤维的特性就会逐渐被挖掘出来，为在纺织业、医疗防护织物等方面的应用奠定牢固的基础.

［1］曾昭琼.有机化学.第3版.［M］.北京：高等教育出版社，1997：320－321.

［2］DING B，KIN H Y，LEE SC，et al.Preparation and characterization of a nanoscale poly（vinyl alcohol）fiber aggregate produced by an elcctrospinning method［J］.Polymer Physics，2002，40（4）：1261－1268.

［3］DEITZEL J M，KLEINMEYER J D，HIRVONEN J K，et al.Controlled deposition of electrospin poly（ethylene oxide）fibers［J］.Polymer，2001，42：8163－8170.

［4］王凤春，吕莹，汪伟，等.导电聚苯胺不同纳米结构的制备［J］.东北师大学报：自然科学版，2009，41（1）：69－72.

［5］邹宪芝，尹荣，奚洪民，等.静电纺丝法制备SiW11W／PMMA复合纤维［J］.东北师大学报：自然科学版，2009，41（2）：113－116.

［6］王绪明.红外光谱分析100例［M］.北京：科学技术出版社，1984：25－99.

［7］邓芹英，刘岚，邓慧敏.波谱分析教程［M］.北京：科学技术出版社，2005：60－61.

Preparation and properties characterization of green degradable microfibers

LIU Fu－hong1，2，LIN Hua3，CAO Fei1，GONG Jian1
（1.Faculty of Chemistry，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.Basic Research Department，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，China；3.Department of Clinical Laboratory，The First Hospital of Bethune，Jilin University，Changchun 130021，China）

In this paper，corn starch sugar（CSS）microfibers were produced by electrospinning.The edible CSS is raw material and the alcohol is solvent.Stability and flexibility reinforced through HTD Heated，and reduces solubility in the water.The CSS microfibers were characterized by X－ray diffraction（XRD）pattern，Fourier transform infrared（FTIR）spectroscopy，and Scanning electron microscopy（SEM）images.The result indicates that CSS reacted with alcohol by acetalation.This research will provide meaningful foundation for the application of the CSS microfibers in textiles，industrial and agricultural production and lives in future.

green；corn starch sugar；electrospinning；microfibers

O 636.1＋2

150·4520

A

1000－1832（2011）04－0092－04

2011－10－15

国家自然科学基金资助项目（50202007）.

刘福红（1977—），女，博士研究生，讲师；通讯作者：龚剑（1962—），男，教授，博士研究生导师，主要从事生物降解聚合物材料研究.

石绍庆）