明膠蛋白助劑在紡織與染整中的應用

王百慧

(西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048)

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明膠蛋白助劑在紡織與染整中的應用

王百慧

(西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048)

論述了明膠蛋白助劑在紡織和染整中的不同分類及其特點等，并探討了其發(fā)展趨勢。

蛋白漿料綠色環(huán)保

明膠是天然膠原三股螺旋結構被破壞后的形成的單鏈分子，其主要組成為氨基酸組成相同而分子量分布很寬的多肽分子混合物，分子量一般在幾萬至十幾萬。經紅外測試、熱重分析等，表明明膠蛋白上含有氨基酸成分[1-2]。明膠既具有酸性，又具有堿性，是一種兩性物質，明膠的膠團是帶電的，在電場作用下，它將向兩極中的某一極移動。明膠分子結構上有大量的羥基，另外還有許多羧基和氨基，這使得明膠具有極強的親水性。明膠蛋白在我國的發(fā)展開始應用于造紙、醫(yī)學等領域，由于明膠蛋白具有特殊的性能，目前也應用于紡織和染整中。

1　明膠蛋白在紡織加工中的應用

1.1明膠蛋白改性羊毛纖維

由于羊毛纖維有著特殊的鱗片結構，導致羊毛纖維不易上色并且起毛起球現(xiàn)象嚴重。很多研究學者都對此課題進行研究，以研制出解決這種現(xiàn)象的方法，但目前的研究方法都是預處理羊毛纖維來破壞鱗片層，沒有直接地對羊毛鱗片結構進行改性等，這種方法的缺點是對羊毛纖維的強力損失嚴重。田太洲等[3]人研究在TG酶的作用下，先將羊毛纖維經還原劑改性然后利用明膠蛋白對其改性，并研究了其對纖維強力及羊毛織物防氈縮效果的影響。結果表明，明膠在谷氨酰胺轉氨酶的催化下能夠與羊毛發(fā)生交聯(lián)反應，并在羊毛鱗片表層形成一層“保護膜”，從而提高羊毛織物的斷裂強力；羊毛織物的防氈縮性能也得到提升，且具有一定的耐水洗性能。

1.2明膠蛋白復合熔絲

明膠蛋白復合熔絲是利用膠原蛋白與其他天然生物大分子或高分子聚合物共混制備復合纖維。研究的方向大致分為兩類，分別是膠原蛋白/ 殼聚糖復合纖維、膠原蛋白/ 聚乙烯醇復合纖維。膠原蛋白與天然生物大分子共混紡絲，所研制的主要是膠原蛋白/ 殼聚糖復合纖維[4-7]，膠原蛋白與高分子聚合物共混紡絲，所研制的主要是膠原蛋白/ 聚乙烯醇復合纖維[8-11]。在實驗室對膠原蛋白/殼聚糖復合纖維、膠原蛋白/ 聚乙烯醇復合纖維進行研究，通過實驗測試可知，殼聚糖和聚乙烯醇的作用都可以提高膠原蛋白溶液的可紡性，并且聚乙烯醇的加入比殼聚糖的加入提高可紡性的效果要好，原因是聚乙烯醇自身就是很好的化學纖維材料。但是根據已有報道，膠原蛋白/ 聚乙烯醇復合纖維具備較好的可紡性，聚乙烯醇在共混液中占有絕大部分比重，膠原蛋白最多只能達到40% 。當共混液中膠原蛋白比重增加時，共混液可紡性降低和后續(xù)的固化減慢，不利于紡絲。

1.3明膠蛋白對毛紗上漿

明膠蛋白是一種天然的大分子物質，形成的明膠膜耐磨性好、易水解、成本低，但其膜較脆、滲透性差，因此不能單獨的使用明膠對紗線進行上漿。近年來由于丙烯酸類單體的廣泛使用，加之可以根據所需要的效果較好的設計分子結構，因此選用合適丙烯酸類單體，將其接枝到明膠主鏈上，制備一種蛋白質的合成漿料。將其應用于漿紗中，不僅能夠達到上漿的要求，并且綠色環(huán)保。張尚勇[12]等人利用丙烯酸類單體的優(yōu)點，將硬單體和軟單體等接枝到明膠的主鏈上，對其進行乳液聚合，制得一種蛋白質漿料，應用于毛纖維上漿，在實驗室通過實驗得出，毛紗上漿后不僅提高了強力和耐磨性，而且有效地降低了毛紗的毛羽，有利于織造。

劉玉森[13]等人也利用丙烯酸類單體的優(yōu)點，將丙烯酸和丙烯酸甲酯單體接枝到明膠主鏈上，對其進行乳液聚合，制備一種蛋白類漿料，并且利用該漿料與明膠、PVA混合漿料做了漿膜性能測試和黏附性的對比。結果表明，與PVA混合漿料相比，接枝明膠漿膜的水溶性較好，斷裂強度較高，斷裂伸長率略低。對其進行粘附性測試，該漿料對毛紗的黏附性比PVA混合漿料要高。與明膠漿料相比，其漿膜和黏附性均比明膠要好，其吸濕率也較低。因此，接枝明膠作為主漿料基本能滿足毛紗上漿的要求。

1.4明膠蛋白對純棉紗線和滌棉紗線上漿

國外對蛋白淀粉進行研究，主要是通過一定的物理和化學的方法，制備一種蛋白漿料，并將其應用于經紗上漿中。通過一定的方法研究制得一種高純度蛋白質淀粉，并對其的漿膜性能、漿液性能、漿紗性能進行測試，同時對比國內外常用漿料的漿紗性能。結果表明，該漿料是一種高蛋白的淀粉，成膜性優(yōu)；相比國內外常用漿料，其斷裂強力和斷裂伸長率和酸解淀粉相近；其漿紗的硬挺性要好，撓性優(yōu)于酸解淀粉，與PVA相似；耐磨性低于PVA和酸解淀粉。由于在紗線表面行成的漿膜包覆性好，這樣可以減少漿液向纖維內部滲透，對漿紗的伸長率影響較小，抗彎剛度越小[14]。

Lihong Chen、Yiqi Yang 等人[15-16]對大豆蛋白、小麥蛋白以及羽毛蛋白進行研究，將蛋白質溶解于一定濃度的堿液中，通過改變堿液的濃度、溶液溫度、溶解時間等，制備一種蛋白漿料，并測試其自身的一些性能以及應用于純棉紗線以及滌棉紗線的上漿中，同時與PVA的漿紗性能進行對比。結果表明，其自身具有優(yōu)異成膜性能，并且也被用作粘合劑，可以取代PVA。并且對純棉紗線和滌棉紗線進行上漿，不僅其漿紗性能與PVA漿料的漿紗性能相似，并且其漿紗的成本較PVA低，BOD5/COD也比PVA低，易于生物降解。不僅實現(xiàn)了節(jié)能減排、清潔生產，還節(jié)約了上漿的成本。

王百慧等[17]人利用蛋白漿料的優(yōu)點，通過接枝改性，制備出一種陽離子蛋白衍生物漿料，并將其應用于純棉紗線和滌棉(65/35)紗線的上漿中，并測試了漿紗的效果，同時與常用的漿料進行對比。確定出了該漿料的最佳上漿工藝條件，其中對純棉紗線的上漿工藝為：煮漿溫度95℃，煮漿時間30min，漿料濃度7%；對滌棉/混紡紗線的上漿工藝為：煮漿溫度95℃，煮漿時間30min，漿料濃度5%。與PVA和變性淀粉混合漿料比較，表明該陽離子明膠蛋白衍生物漿料具有黏度低、有效增加紗線的強力和降低毛羽的優(yōu)點，其漿紗效果優(yōu)于PVA漿料，可以完全或者部分替代難生物降解的PVA漿料。

2　明膠蛋白在染整加工中的應用

2.1明膠蛋白在染整前處理中的應用

由于明膠蛋白自身含有一定量的游離氨基、羥基、羧基等極性基團，并含有大量的酰胺鍵，通過適當?shù)臈l件加入一種交聯(lián)劑，對明膠蛋白進行改性，使得明膠蛋白助劑與纖維發(fā)生交聯(lián)反應。與陰離子染料對其進行染色時，使得范德華力和氫鍵的作用力都有所增加，從而可以有效地提高染色的上染百分率，增加纖維的染色深度，實現(xiàn)無鹽染色。高少瑩等人，使用明膠蛋白與交聯(lián)劑反應，制得一種陽離子明膠蛋白助劑。通過在適當?shù)臈l件下，利用陽離子明膠蛋白對棉織物改性，研究表明，一是利用陽離子明膠蛋白助劑與金屬離子的絡合作用，以促進雙氧水分解的活化作用，并且有效的改性控制了雙氧水分解的穩(wěn)定性，使得漂白織物的白度明顯增加，同時降低了纖維的損傷。二是同時棉織物被陽離子化改性，纖維上帶有正電荷，與活性染料無鹽染色時，不僅提高了染色上染百分率和K/S值，經染色后的織物其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度基本達到傳統(tǒng)漂白工藝效果[18]。

2.2明膠蛋白在染整染色中的應用

劉元軍等[19]人利用廢棄蛋白為原料，對其進行陽離子化改性，研制出一種陽離子蛋白助劑，并將其應用于活性染料對純棉織物的染色中，以評價其染色效果。通過實驗結果表明，經陽離子蛋白助劑改性的棉織物能顯著提高陰離子活性染料的染色性能，實現(xiàn)活性染料無鹽低堿染色，并且染色后的織物具有更高的值和更高的固色率。在相同值的條件下WLS與未改性織物染色工藝相比改性織物染色工藝可節(jié)約染料用量。另外織物經改性后染色其干濕摩擦色牢度均有所提高。

2.3明膠蛋白在染整后處理中的應用

蛋白類皂洗劑在國內研究的較少，王雪燕等人一直致力于研究蛋白類助劑，以廢棄蛋白為主要原料，對其進行改性，應用于棉紗線的上漿、棉織物的漂白、染色以及后處理中，以節(jié)約漿料用量、染料用量等，達到較好的上漿效果、漂白效果和染色效果，并實現(xiàn)活性染料無鹽染色，降低能耗，節(jié)約用水，以實現(xiàn)廢棄物變廢為寶。劉元軍[20]等人研究以廢棄羽毛蛋白為原料，對其進行改性，合成一種蛋白類的防沾污皂洗劑(WLS-20)，應用于活性染料的染色、皂洗等工藝，并優(yōu)化出活性染料染色后皂洗的工藝。實驗表明，與傳統(tǒng)的皂洗工藝相比，經WLS-20皂洗后的織物，白布的沾色明顯減少，耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度均有所提高，減少了皂洗時的用水量，從而節(jié)約了水處理的費用，降低了皂洗的成本。并且經WLS-20皂洗處理后，具有蛋白結構，顯著了提高了織物的服用性和檔次。

2.4明膠蛋白在印染廢水中的應用

目前印染廢水的處理是印染行業(yè)的重點研究對象，綠色環(huán)?？尚行曰陌l(fā)展使得印染行業(yè)開始更加關注環(huán)?；?，可持續(xù)化發(fā)展。賀寶元等[21]人將殼聚糖和明膠作為原料，戊二醛為交聯(lián)劑，不僅利用了殼聚糖的陽離子性，而且還利用了明膠的兩性特點。通過反相懸浮交聯(lián)法，制備出一種殼聚糖/明膠復合微球(CGMSs)。結果表明，CGMSs吸附劑具有優(yōu)異吸附與解吸性能，可用于活性染料為代表的陰離子型染料廢水處理之中；將該CGMSs用于活性染料水洗工藝，CGMSs 與常規(guī)凈洗劑的凈洗效果相當，其凈洗殘液的 CODCr值僅為常規(guī)凈洗劑的 1/16，減少了染料廢水排放量，降低了處理成本。CGMSs凈洗工藝同常規(guī)凈洗工藝相比省去凈洗前 1 道冷水洗工藝和 1 道酸洗工藝，為活性染料凈洗工藝節(jié)約用水用汽 ，能夠降低活性染料染色成本，符合印染行業(yè)綠色清潔化生產。陰離子染料都具有良好的吸附性能，因此適合印染廠染色廢水處理。

3　結論

目前我國對蛋白助劑的研究較少，以廢棄蛋白為原料減少浪費，變廢為寶，開發(fā)一種綠色環(huán)保的紡織漿料、漂白劑、染色改性劑、后整理劑或者漂白改性一浴整理劑，將此應用于實驗室中，不僅可以達到所預想的效果，并且可實現(xiàn)節(jié)能減排，無鹽染色，小浴比等特點，達到綠色環(huán)保的目的。但此類助劑目前研究大多適用于實驗室，還未能在工廠中得到利用，因此應結合實際，將其應用于工廠中，以期達到真正目的上的綠色環(huán)保、節(jié)能減排的效果。

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Application of Gelatin Protein Agent in Textile, Dyeing and Finishing

WANGBai-hui

(School of Textile and Materials, Xi′an Polytechnic University, Xi'an 710048)

The different classifications and characteristics of gelatin protein agent in textile, dyeing and finishing were discussed and its development trend was explored.

proteinsizing agentenvironment-friendly

1008-5580(2016)03-0178-04

2016-01-17

TS190

作者：王百慧(1988-)，女，碩士，研究方向：環(huán)保型多功能整理劑的研發(fā)及其在紡織品染整加工中的應用。