納米二氧化硅/絲素復(fù)配整理對(duì)粘膠織物性能影響1

王利婭

（江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201）

絲素蛋白是一種具有良好生物相容性與可降解性的天然蛋白纖維，與皮膚具有良好的親和性[1-2]。納米二氧化硅當(dāng)大量聚集時(shí)呈現(xiàn)網(wǎng)狀和絮狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異耐化學(xué)腐蝕、抗紫外線性能與抗老化能力，且自身無毒、無味、無污染[3-4]。粘膠纖維具有吸濕透汗、色譜齊全等服用特點(diǎn)，還兼有產(chǎn)量高、成本低等的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于服裝與家居用品[5-6]。目前利用絲素與納米二氧化硅復(fù)配對(duì)纖維素織物進(jìn)行了功能整理研究非常少，大多集中單獨(dú)使用絲素或者納米二氧化硅對(duì)纖維素織物進(jìn)行整理，如利用絲素對(duì)棉織物的整理改善了織物的力學(xué)、抗皺與耐熱水性能[7]，而納米二氧化硅對(duì)纖維素織物進(jìn)行疏水、免燙、抗皺等功能整理[8-10]。

本研究利用絲素與納米二氧化硅復(fù)配對(duì)粘膠織物進(jìn)行了功能整理，為功能性粘膠織物的設(shè)計(jì)提供了參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與試劑

粘膠織物（經(jīng)緯紗線細(xì)度為19.4 tex，經(jīng)緯紗線密度為320 根/10 cm×280 根/10 cm，1/1平紋組織，購自市場），桑蠶絲（購自市場）。

溴化鉀（壽光市元光化工有限公司）、正硅酸乙酯（湖北興銀河化工有限公司）、無水乙醇（新鄉(xiāng)市宏盛化工有限公司）、無水氯化鈣（嘉興市鑫嘯化工有限公司）、六水合氯化鎂（連云港巨佳化工科技有限公司）、戊二醛（廣州市遠(yuǎn)增化工有限公司）、乙酰丙酮（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），以上試劑均為分析純；此外還有鹽酸（西安鼎天化工有限公司）和濃氨水（深圳市志鑫?；び邢薰荆?。

1.2 儀器與設(shè)備

EX324-萬分之一電子分析天平（奧豪斯儀器(上海)有限公司）、DZF-6500真空干燥箱（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）、FR-1204可程式恒溫恒濕試箱（上海發(fā)瑞儀器科技有限公司）、JKR-SZ2500電子注液泵/計(jì)量泵（東莞市吉克爾自動(dòng)化科技有限公司）、HB902紫外線透過率分析儀（蘇州市電子儀器有限公司）、OCA40Micro型全自動(dòng)微觀液滴濕潤行測量儀器（德國Dataphysics公司）、YG026T 電子織物強(qiáng)力機(jī)（常州市第一紡織設(shè)備有限公司）、織物折皺回復(fù)性測試儀（標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（香港）有限公司）、JSM-6390LV鎢燈絲掃描電鏡（日本電子株式會(huì)社）。

1.3 整理劑的制備

取濃氨水20 g、無水乙醇654 g、去離子水180 g依次注入到玻璃三口瓶中，并在30℃的恒溫水浴中攪拌10 min；利用計(jì)量泵將870 g正硅酸乙酯與1 000 g無水乙醇混合均勻后注入到上述三口瓶混合液中，并持續(xù)在30℃恒溫水浴中攪拌12 h后升溫至80℃再回流4 h，待回流結(jié)束后冷卻室溫即制得納米二氧化硅膠體溶液[11]。

利用質(zhì)量濃度為0.5%的碳酸鈉溶液對(duì)桑蠶絲脫膠處理后，使用摩爾濃度比為2∶1∶8的無水乙醇/無水氯化鈣/蒸餾水混合溶液在浴比1∶15的條件下對(duì)脫膠后的桑蠶絲進(jìn)行溶解、透析后與3 mol/L的鹽酸進(jìn)行混合后在70℃的恒溫水浴中攪拌溶解，即制得桑蠶絲絲素蛋白溶液。

按一定體積比將乙酰丙酮、無水乙醇、納米二氧化硅膠體在持續(xù)攪拌條件下緩慢注入上述所制桑蠶絲絲素蛋白溶液，攪拌時(shí)間為300 min，在攪拌至290 min時(shí)根據(jù)絲素與戊二醛的質(zhì)量比為1∶1.2向混合液中加入戊二醛，在攪拌至290 min時(shí)根據(jù)絲素與六水合氯化鎂質(zhì)量比為1∶0.08向混合液中加入六水合氯化鎂。調(diào)整上述乙酰丙酮、無水乙醇、納米二氧化硅膠體配置納米二氧化硅含量分別為1%、2%、3%、4%、6%的納米二氧化硅/絲素整理液。

1.4 織物整理工藝

所購粘膠織物退漿后室溫條件下在上述納米二氧化硅/絲素整理液充分浸泡24 h后進(jìn)行二浸二軋；浸軋后的織物在80℃條件下預(yù)烘5 min，在120℃條件下焙烘3 min；依次使用65℃與室溫蒸餾水對(duì)整理后粘膠織物進(jìn)行清洗后，在60℃條件下烘至恒重待用。

1.5 微觀形貌觀察

利用JSM-6390LV鎢燈絲掃描電鏡對(duì)納米二氧化硅含量為4%的納米二氧化硅/絲素整理液整理的粘膠纖維進(jìn)行圍觀形貌觀察，其中JSM-6390LV鎢燈絲掃描電鏡加速電壓為15 kV，放大倍數(shù)為5 000倍。

1.6 濕潤與折皺回復(fù)性能測試

利用 OCA40Micro型表面接觸角儀對(duì)納米二氧化硅/絲素整理液整理前后粘膠織物的瞬時(shí)接觸角進(jìn)行測試，每種質(zhì)量濃度整理的粘膠織物測試10組，取10組瞬時(shí)接觸角測試結(jié)果的平均值。

采用水平法利用織物折皺回復(fù)性測試儀對(duì)納米二氧化硅/絲素整理液整理前后粘膠織物的折皺回復(fù)角進(jìn)行測試，每種質(zhì)量濃度整理的粘膠織物測試10組，取10組折皺回復(fù)角測試結(jié)果的平均值。

1.7 紫外線防護(hù)性能測試

利用HB902紫外線透過率分析儀對(duì)納米二氧化硅/絲素整理液整理前后粘膠織物的UPF進(jìn)行測試，以判斷粘膠織物整理前后紫外線的透射率，每種質(zhì)量濃度整理的粘膠織物測試30組，取30組UPF值測試結(jié)果的平均值。

1.8 力學(xué)性能測試

納米二氧化硅/絲素整理液整理前后粘膠織物沿經(jīng)紗方向裁剪成長度為150 mm、寬度為50 mm織物試樣，并將織物試樣在105℃條件下干燥至恒重后在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（20℃，65%相對(duì)濕度）中調(diào)試24 h，利用YG026T電子織物強(qiáng)力機(jī)在夾持長度100 mm，拉伸速度為20 mm/min的條件下對(duì)粘膠織物整理前后的斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長率進(jìn)行測試，每種質(zhì)量濃度整理的粘膠織物測試30組，取30組斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長率測試結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌分析

納米二氧化硅含量4%整理液整理后粘膠織物的微觀形貌如圖1所示，從圖1可以看出，整理后的粘膠織物表面不規(guī)則分布納米二氧化硅，有些地方出現(xiàn)納米二氧化硅團(tuán)聚現(xiàn)象，這是由于整理液中納米二氧化硅含量過高引起的，納米二氧化硅團(tuán)聚會(huì)影響織物的諸如紫外線防護(hù)及力學(xué)等性能，因此在整理過程中應(yīng)合理控制納米二氧化硅的含量，防止納米二氧化硅大量團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。

圖1 納米二氧化硅含量4%整理液整理后粘膠織物的微觀形貌

2.2 濕潤與折皺回復(fù)性能分析

納米二氧化硅/絲素整理液整理前后粘膠織物濕潤與折皺回復(fù)測試結(jié)果如表1所示，從表1可以看出，粘膠織物瞬時(shí)接觸角與180 s后接觸角均隨著納米二氧化硅/絲素整理液整中納米二氧化硅含量的增加而增大，當(dāng)納米二氧化硅含量超過4%時(shí)，瞬時(shí)接觸角與180 s后接觸角增加幅度均有所降低，這是由于納米二氧化硅/絲素整理液整理液中的納米二氧化硅在整理后的粘膠織物表面形成了不同程度的凸起、凹槽與微納米微突等微小的疏水結(jié)構(gòu)，等水珠與微小的疏水結(jié)構(gòu)接觸時(shí)會(huì)在接觸面形成氣膜，從而增加了瞬間接觸角與180 s后接觸角，阻隔水珠與織物的接觸，起到一定的疏水效果[7]。當(dāng)納米二氧化硅含量超過6%時(shí)，瞬時(shí)接觸角與180 s后接觸角增加幅度均有所降低是由于整理液中納米二氧化硅含量過高導(dǎo)致了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生減小了水珠與疏水結(jié)構(gòu)接觸面氣膜的效果，因此導(dǎo)致接觸角增加幅度降低。納米二氧化硅含量 4%的整理液整理的粘膠織物經(jīng)180 s后接觸角仍能達(dá)到129.95°，由此可知經(jīng)納米二氧化硅/絲素整理液整理后的粘膠織物具有較好的疏水效果。

表中粘膠織物折皺回復(fù)角納米二氧化硅含量的增加而降低，這是由于納米二氧化硅/絲素整理液整理對(duì)粘膠織物整理起到增塑作用，使得粘膠織物硬度增加，折皺回復(fù)角較小。

表1 納米二氧化硅/絲素整理液整理前后粘膠織物濕潤與折皺回復(fù)測試結(jié)果

2.3 紫外線防護(hù)性能分析

納米二氧化硅含量與整理織物UPF值關(guān)系曲線如圖2所示，從圖2可以看出，整理后粘膠織物的UPF值隨著納米二氧化硅/絲素整理液整中納米二氧化硅含量的增加而增加，在含量為4%達(dá)到峰值后逐漸降低，這是由于當(dāng)納米二氧化硅含量 4%時(shí)納米二氧化硅出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使得對(duì)紫外線的吸收性能受到限制。相比未整理粘膠織物，納米二氧化硅含量4%時(shí)粘膠織物的紫外線防護(hù)性能提高了57.63%，可知納米二氧化硅/絲素整理對(duì)粘膠織物的紫外線防護(hù)性能有很大的改善。

圖2 納米二氧化硅含量與整理織物UPF值關(guān)系曲線

圖3 納米二氧化硅含量與整理織物力學(xué)性能關(guān)系曲線

2.4 力學(xué)性能分析

納米二氧化硅含量與整理織物力學(xué)性能關(guān)系曲線如圖3所示，從圖3可以看出，粘膠織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力隨著納米二氧化硅/絲素整理液整中納米二氧化硅含量的增加而提高，斷裂伸長率則是隨著納米二氧化硅/絲素整理液整中納米二氧化硅含量的增加而降低，這是由于納米二氧化硅對(duì)粘膠織物具有較強(qiáng)的增塑性，使得織物變得硬且脆，這是由于粘膠織物上納米二氧化硅出現(xiàn)的團(tuán)聚現(xiàn)象造成了強(qiáng)力弱環(huán)的增加，由此可知納米二氧化硅/絲素對(duì)粘膠織物的整理起到一定的增塑作用。

3 結(jié)論

納米二氧化硅含量在絲素與納米二氧化硅復(fù)配整理液達(dá)到 3.5%～4.5%之間時(shí)，整理液對(duì)粘膠織物的整理極大地改善了織物的疏水、防紫外線及力學(xué)性能，但使粘膠織物的折皺回復(fù)性能略有降低，很大程度上提高了服裝的功能性，且該工藝簡單環(huán)保，因此具有很強(qiáng)的操作性和市場前景。

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