本發明涉及一種纖維的表征方法，具體涉及一種再生纖維素材料的孔洞結構的表征方法。

背景技術：

再生纖維材料的應用極為廣泛，其力學性能也常被作為表征纖維好壞的標準之一。纖維內部的孔洞結構對纖維的力學性能有直接的影響。再生纖維素材料常作為織物衣物使用，其舒適度、耐用性都與再生纖維素內部的結構有關。

為了提高再生纖維素產品的力學性能，必須從其內部結構入手，探究內部孔洞結構對力學性能產生的影響。然而，目前所使用的孔洞表征手段，如：掃描電鏡、氮吸附等都要求將樣品預先進行干燥處理。由于有些再生纖維素材料含有大量水分，干燥過程會對形貌產生破壞，影響表征結果的可靠性。

如何能夠在不對再生纖維素樣品造成損傷的前提下真實可靠的反應其內部的孔洞結構，是再生纖維素材料加工工藝中亟待解決的關鍵問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種新的可真實反應纖維素內部孔洞結構的方法，以解決現有方法對再生纖維素材料內部孔洞結構表征時對樣品有損傷且結果并不真實可靠的問題。

本發明表征方法所涉及的再生纖維素指的是先將纖維素原料溶解后再經過凝固浴再生出來得到的產品。

本發明所提供的再生纖維素材料的孔洞結構的表征方法，包括如下步驟：

(1)將再生纖維素浸泡于液體中并振蕩；

(2)在核磁共振波譜儀上，對經步驟(1)處理后的所述再生纖維素進行核磁弛豫氫譜測試；

(3)對所述核磁弛豫氫譜測試得到的核磁弛豫衰減曲線進行反拉普拉斯變換，得到表征所述再生纖維素的孔洞結構的參數。

上述的表征方法中，所述液體可為水、n,n-二甲基乙酰胺、苯、乙醇等，起探針分子的作用。

上述的表征方法中，步驟(1)中，將所述再生纖維素置于搖床中；

所述振蕩的時間可為3～21天。

上述的表征方法中，步驟(2)中，所述核磁弛豫氫譜測試實質是對所述再生纖維素內部的探針分子(液體小分子)進行氫譜弛豫測試；具體測量¹h的自旋-自旋弛豫時間；

所述核磁弛豫氫譜測試采用cpmg脈沖序列，測試條件如下：

溫度可為25℃；

回波時間可為0.5～2ms。

上述的表征方法中，步驟(3)中，所述參數為所述孔洞結構的的尺寸大小及其分布。

上述的表征方法中，步驟(3)中，利用所述反拉普拉斯變換將原始的衰減曲線轉變為可以代表孔洞尺寸及其分布的曲線；

所述反拉普拉斯變換采用的擬合公式如式(1)所示：

式中，yn(t)為t時間觀測到的信號；m為體系包含總的弛豫分量；aj為第j弛豫分量的幅度值；t2j為第j種弛豫分量的弛豫時間；f”為解的倒數(由matlab程序算出)，α為平滑因子，為0.8～1之間的數，n表示核磁弛豫測試時的掃描次數，為了提高信噪比通常都為對樣品進行多次測試；tn表示每次掃描的時間。

上述的表征方法中，當測試多個樣品時，步驟(2)之前所述方法還包括測定經步驟(1)處理后的所述再生纖維素中所述液體的含量的步驟，以使液體含量一致，從而保證表征結果的可比性；采用熱重分析法測定所述液體的含量，其能夠快速準確的測定樣品中液體的含量。

本發明表征方法所基于的原理如下：

為了激發自由進動信號，一般均采用射頻脈沖方法使得宏觀磁化強度m0相對于靜磁場b0方向扳轉90°。這個射頻脈沖就會擾亂自旋系統的熱平衡狀態，產生弛豫現象。而弛豫速率的快慢與原子核所處的環境有關。因此可以利用這一點來實現孔洞結構的表征。

具體的說，探針分子弛豫速率的快慢與周圍環境的受限程度有關。處于越受限的環境，即小的孔洞之中，探針分子的弛豫速率越快；處于寬松的環境之中，即大的孔洞之中，探針分子的弛豫速率越慢。在實際測試中，常常采用自旋-自旋弛豫速率來進行表征。由cpmg自旋回波法測得的橫向弛豫時間的結果為一系列回波串，每個單獨的回波串符合單指數衰減規律。如果待測樣品就是單一自旋體系，那么只需要將得到的回波點進行擬合就可以算出橫向弛豫時間常數t2。但是，實際測試中，基本不存在單一的自旋系統，待測樣品都是由多個自旋體系組成，測試結果為一系列復雜的回波串，尤其是在測量多孔結構材料時，不同尺寸的孔洞會產生完全不同的回波串，每一個回波串的衰減指數可以反映對應的孔洞尺寸。但是，無法直接從回波信號上獲得每個部分的衰減指數，想要得到這個數值必須經過復雜的解譜過程。

本發明觀測到的核磁共振信號是由一系列滿足單指數衰減規律的信號疊加而成，除此之外還存在著隨機噪音。只要能分解出每一種信號的橫向弛豫時間(t2j)及其信號衰減幅度(aj)就能分析出核磁信號包含的信息的全部內容，也就完成了解譜工作。因此，采用下述反拉普拉斯變換所依據的擬合公式，在matlab軟件上進行擬合即可得到有關孔洞結構(尺寸大小及其分布)的數據。

本發明表征方法可以得到弛豫時間(其對數，橫坐標)與孔洞的含量(縱坐標)之間成正比的關系，因此能夠定性地說明孔洞的尺寸大小；如果需要確定孔洞尺寸的具體數值，還需要根據樣品的不同采用不同的公式計算。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明表征方法無需對樣品進行干燥或者凍干處理，樣品可以完好的保持其原始狀態。

2、經數據轉換后可以直觀的觀測到孔洞的尺寸大小及其分布。

3、本發明表征方法可以真實可靠的得到材料的內部孔洞結構的信息。

附圖說明

圖1為本發明實施例1得到的核磁弛豫原始數據。

圖2為本發明實施例1得到的表征再生纖維的孔洞分布的曲線。

圖3為本發明實施例2得到的核磁弛豫原始數據。

圖4為本發明實施例2得到的表征再生纖維的孔洞分布的曲線。

圖5為本發明實施例3得到的核磁弛豫原始數據。

圖6為本發明實施例3得到的表征再生纖維的孔洞分布的曲線。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。

實施例1、對粘膠纖維的孔洞結構的表征

首先，對再生纖維素材料進行浸泡處理：

(1)取一定量的粘膠纖維置于n,n-二甲基乙酰胺(dmac)溶液中；

(2)放置于搖床中在室溫25℃下振蕩7天；

(3)取出樣品后經過熱重分析測試確定樣品中dmac的含量為89％。

然后對樣品進行核磁弛豫氫譜測試。

測試時采用cpmg脈沖序列，測試溫度為25℃，回波時間1ms，采點數100。

將核磁弛豫數據導出，如圖1所示，利用反拉普拉斯公式(1)，在matlab軟件上進行擬合。

擬合得到的結果如圖2所示。

圖2中的橫坐標表示弛豫時間的對數，縱坐標表示孔洞的含量。由圖2可以看出，弛豫時間與孔洞尺寸成正比，處于小孔洞中的探針分子有較小的弛豫時間，反之亦然。因此，經過反拉普拉斯變換后，原始的弛豫衰減曲線轉換為可以表征孔洞分布的曲線。

實施例2、對再生纖維素水凝膠的孔洞結構的表征

首先，將再生纖維素材料進行浸泡處理：

(1)取一定量的棉短絨漿(纖維素，由湖北化纖集團有限公司提供)，將棉短絨漿溶于naoh/尿素水溶液后靜置形成水凝膠，于室溫下浸泡在h2o中；

(2)放置于搖床中在室溫下振蕩7天；

(3)取出樣品后經過熱重分析測試確定樣品中h2o的含量為85％。

然后對樣品進行核磁弛豫氫譜測試。

測試時采用cpmg脈沖序列，測試溫度為25℃，回波時間1ms，采點數56。

將核磁弛豫數據導出，如圖3所示，利用反拉普拉斯公式(1)，在matlab軟件上進行擬合。

擬合得到的結果如圖4所示。

由圖4可以看出，經過反拉普拉斯變換后，原始的弛豫衰減曲線轉換為可以表征孔洞分布的曲線。

實施例3、對多聚磷酸溶液再生纖維的孔洞結構的表征

首先，將再生纖維素材料進行浸泡處理：

(1)取一定量的多聚磷酸溶液再生纖維，于室溫下浸泡在dmac中；

(2)放置于搖床中在室溫下振蕩7天；

(3)取出樣品后經過熱重分析測試確定樣品中dmac的含量為89％。

然后對樣品進行核磁弛豫氫譜測試。

測試時采用cpmg脈沖序列，測試溫度為25℃，回波時間1ms，采點數100。

將核磁弛豫數據導出，如圖5所示，利用反拉普拉斯公式(1)，在matlab軟件上進行擬合。

擬合得到的結果如圖6所示。

由圖6中可以看出，經過反拉普拉斯變換后，原始的衰減曲線轉換為可以表征孔洞分布的曲線。