絲素／PEG整理棉織物的性能影響

張占浩

（綿陽市纖維檢驗所，四川 綿陽621000）

棉織物具有優(yōu)良的性能，但是未經(jīng)整理的棉織物抗皺性差，縮水率較大。四川省綿陽市具有大量的蠶繭資源，近年來，以水溶性絲素蛋白為代表的生物整理劑以其安全、無毒以及良好的生物相容性引起人們的關(guān)注，其系列產(chǎn)品無毒、無刺激，具有良好的水溶性［1－2］?，F(xiàn)在織物朝著綠色和環(huán)保方面發(fā)展，生物功能性整理成為發(fā)展趨勢，可利用現(xiàn)有的資源最大化地提高產(chǎn)品的附加值。

1 實驗部分

1.1 材料

原料：純棉織物。

藥品儀器：燒杯（400mL）6個、量筒（100 mL）、玻璃棒、電子天平、氫氧化鈉、戊二醛、PEG1000、PEG2000、蒸餾水、氯化鎂、恒溫烘箱。

1.2 絲素溶液制備

絲素溶液制備過程：脫膠→溶解→過濾→透析→絲素溶液。

稱取100g桑蠶繭，在3000mL水中加入15 g Na2CO3，在100℃條件下連續(xù)脫膠3次，每次脫膠30min，每次脫膠之后用溫水洗凈。脫膠之后的絲素放在50℃的條件下烘干，烘干之后的絲素在CaCl2∶C2H5OH∶H2O＝1∶2∶8（摩爾比）的混合溶液中，按照絲素與混合溶液質(zhì)量比為1∶30，在75℃的條件下溶解［3］。用定性過濾紙，過濾溶解后的絲素溶液。然后用分子量為10000的透析袋，對過濾后的絲素溶液透析，用流動的水透析48h，然后再用蒸餾水透析48h，每6h換一次蒸餾水［2］，得到絲素溶液。

配置3mol／L的鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液，分別量取130mL的絲素溶液倒入6個不同的燒杯中，并緩慢滴加3.5mL的鹽酸溶液，邊添加邊攪拌。然后在水浴鍋中水解，水解溫度為70℃，水解時間分別為60min、90min、120min，150 min、180min、210min，然后用氫氧化鈉溶液中和，使每個燒杯中絲素溶液的pH值為7。

絲素溶液在3口燒杯中攪拌5h，水浴鍋的水溫控制在70℃，在攪拌結(jié)束前10min加入4.5 mL的戊二醛，最后5h加入0.17g MgCl2。

1.3 棉織物的整理

1.3.1 聚乙二醇整理棉織物

取6塊長25cm寬15cm的布樣分別用17%堿處理10min，再用4%的純PEG處理，其中1000和2000的PEG處理各一半，再加入戊二醛和氯化鎂，其中戊二醛1.2g／1gPEG，氯化鎂0.08g／1gPEG，分別浸漬在6個燒杯里，浴比1∶30，每隔15min擠一次再浸泡，重復(fù)浸漬2h，水洗再80℃烘5min，之后在120℃烘3min［4－5］。用水洗去表面殘留的絲素溶液，然后把布樣放在鼓風(fēng)機(jī)里面烘干。

1.3.2 絲素／聚乙二醇整理棉織物

取6塊已退過漿的棉織物，先用17%的堿處理10min，在純絲素溶液中加入3mol／L的鹽酸，在溫浴鍋降解2h使絲素大分子充分水解，然后加氫氧化鈉中和，再分別在6個燒杯中加入0.5%、1%、2%、3%、4%、5% 的 純 PEG 處 理。其中1000和2000的PEG處理各一半，戊二醛1.2g／1gPEG，氯化鎂0.08g／1gPEG，每隔 15 min擠一次再浸泡重復(fù)浸漬2h后水洗，再80℃烘5min，然后120℃烘3min。

1.4 性能測試

1.4.1 織物力學(xué)性能測試

用Instron強(qiáng)力機(jī)測試織物的斷裂強(qiáng)度、伸長率。

測試條件：拉伸速度100mm／min，夾距10 mm，織物試樣規(guī)格20cm×5cm。

1.4.2 織物折皺性能測試

用FAST織物風(fēng)格儀測試織物的抗彎剛度、折皺回復(fù)角。

測試條件：先將試樣熨燙平整，再將試樣折疊放在固定壓力下壓5min，然后取出測試，每個樣品取10個試樣，取平均值，試樣規(guī)格2cm×2 cm。

1.4.3 織物白度測試

用DataColor測色配色儀測試織物白度。將織物折疊8層測試，測試4次，取平均值。

1.4.4 電鏡觀察

電子顯微鏡（SEM）用于觀察棉纖維以及整理后棉纖維的表面形貌，所用電子顯微鏡為日立電子JSM－5600LV掃描電子顯微鏡，加速電壓20kV，測試前樣品進(jìn)行鍍金處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 絲素／PEG整理液對棉織物力學(xué)性能影響（見表1）

由表1可知，棉織物經(jīng)絲素／PEG整理后拉伸斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢?？椢锏臄嗔褟?qiáng)力隨著PEG濃度的增加而逐漸增加，當(dāng)PEG的濃度達(dá)到5%時，織物的斷裂強(qiáng)力最大，繼續(xù)增加時強(qiáng)力降低［6］。原因是PEG濃度太大，使纖維素的交聯(lián)鍵數(shù)量過多，因而整理劑與纖維素的反應(yīng)程度增加，使得織物的斷裂強(qiáng)力下降。

表1 絲素／PEG對棉織物力學(xué)性能的影響

2.2 絲素／PEG對棉織物折皺回復(fù)性的影響（見表2）

由表2可以看出，PEG與絲素復(fù)配具有協(xié)同效應(yīng)，其折皺回復(fù)角隨絲素整理劑濃度的增大而提高。這是由于PEG能與絲素和棉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成棉、PEG、絲素間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著絲素整理劑用量的增加，纖維內(nèi)的共價交聯(lián)不斷增多，因此棉織物的折皺回復(fù)角增大，PEG的濃度超過4%時，其折皺回復(fù)角有所下降，這是由于PEG的濃度過高，整理劑粘度過大，大部分絲素分子只能附著在纖維表面，不利于絲素與PEG、棉纖維間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，造成織物折皺回復(fù)角下降，手感也變硬［7］。從實驗結(jié)果確定出絲素溶液降解一定的條件下，以戊二醛作為交聯(lián)劑，以氯化鎂作為催化劑的條件下，PEG的濃度為4%時抗皺效果最佳。

表2 絲素／PEG共混對棉織物折皺回復(fù)能的影響

2.3 絲素／PEG對棉織物白度的影響（見表3）

由表3可知，經(jīng)絲素／PEG對整理過的棉織物白度先增加后降低。這可能是因為在聚乙二醇濃度增加時，絲素分子和聚乙二醇分子一部分進(jìn)入棉纖維空隙與棉纖維交聯(lián)，一部分進(jìn)入纖維內(nèi)部，另一部分被覆在棉織物上，增加了棉織物的光澤和手感，使棉織物的白度增加。但是大量的分子同時進(jìn)入棉纖維內(nèi)部時，限制了大分子的進(jìn)入，經(jīng)過高溫烘焙，破壞了分子的結(jié)構(gòu)，棉織物出現(xiàn)泛黃現(xiàn)象［8－10］。

表3 絲素／PEG對棉織物白度的影響

2.4 電鏡分析

2.4.1 由圖1和圖2可知，未經(jīng)堿處理過的棉織物的表面比較粗糙，不光滑，有螺旋結(jié)構(gòu)化，有扭曲結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)許多溝槽。經(jīng)過17%的堿處理的棉織物其表面纖維充分溶脹，內(nèi)腔已不易觀察，棉纖維素伸直，呈充實豐滿狀態(tài)，并有明顯的裂痕，因為潤脹過程中分子間的氫鍵被削弱，釋放出部分羥基，使纖維素內(nèi)表面增加，鏈的定向排列遭到破壞，從而呈現(xiàn)疏松狀態(tài)。

2.4.2 由圖3可知，經(jīng)過純絲素整理過的棉纖維在纖維內(nèi)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使纖維變得更加飽滿，并沒有使纖維的直徑發(fā)生變化，因為交聯(lián)是在堿處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以直徑與堿處理棉織物比較接近。

2.4.3 由圖4可知，經(jīng)過純PEG整理過的棉織物，其纖維結(jié)構(gòu)表面變得粗糙且體積膨大，已與堿纖維素的形貌全然不同。

2.4.4 圖5是經(jīng)過絲素與聚乙二醇整理過的棉纖維結(jié)構(gòu)纖維經(jīng)過交聯(lián)后，二者在纖維內(nèi)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，原來的裂痕消失，使纖維變得更加飽滿，并呈現(xiàn)束狀［11］。

3 結(jié)論

棉織物經(jīng)絲素／PEG整理后拉伸斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)PEG的濃度達(dá)到5%時，織物的斷裂強(qiáng)力最大，繼續(xù)增加強(qiáng)力降低；PEG與絲素復(fù)配具有協(xié)同效應(yīng)，其折皺回復(fù)角隨絲素整理劑濃度的增大而提高，當(dāng)PEG的濃度超過4%時，其折皺回復(fù)角有所下降。通過電鏡觀察，可以看出棉纖維的縱向比較粗糙，有很多凹槽，堿處理后纖維直徑經(jīng)過17%的堿處理過的棉織物其表面纖維充分溶脹，內(nèi)腔已不易觀察，棉纖維素伸直，呈充實豐滿狀態(tài)，光滑。棉纖維經(jīng)過交聯(lián)后，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，原來的裂痕消失，使纖維變得更加飽滿，并呈現(xiàn)束狀。

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