棉織物的絲膠整理及其相關性能研究

李克彎，邢鐵玲，盛家鏞，陳國強，孫 林，孫道權，潘世俊(1.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 21512；2.蘇州大學 a.紡織服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021；b.材料與化工學部，江蘇 蘇州 21512；.鑫緣繭絲綢集團股份有限公司，江蘇 海安 226600)

棉織物的絲膠整理及其相關性能研究

李克彎1，2a，邢鐵玲1，2a，盛家鏞2a，陳國強1，2a，孫 林2b，孫道權3，潘世俊3
(1.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215123；2.蘇州大學 a.紡織服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021；b.材料與化工學部，江蘇 蘇州 215123；3.鑫緣繭絲綢集團股份有限公司，江蘇 海安 226600)

為利用絲膠獨特的性能改善棉織物的服用性能，以BTCA為交聯劑，采用軋烘焙的方法用絲膠對純棉織物進行整理。經傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和掃描電鏡(SEM)分析，證明在高溫條件下，絲膠交聯固著在織物表面。可用檸檬酸鈉和酒石酸鈉混合代替次亞磷酸鈉作為BTCA的催化劑。整理后棉織物的吸濕、放濕及保溫性能有明顯提高。

絲膠；BTCA；棉織物；服用性能

蠶絲主要成分是絲素和絲膠，絲膠約占蠶絲質量的20 %～30 %[1]。在傳統的絲綢加工過程中，脫去的絲膠大部分作為廢液排除。絲膠蛋白是一種水溶性的球狀蛋白，由18種氨基酸組成(其中絲氨酸和天冬氨酸分別占33 %和17 %)。組成絲膠的多數氨基酸含有羥基、羧基、氨基等極性較強的側基，總量約占2/3[2]。絲膠具有許多優良的性能，其分子質量從幾萬到30多萬不等，分子質量小的絲膠肽及其水解產物具有優異的吸濕、放濕性能和抗氧化能力。近年有研究表明，分子質量較大的絲膠肽可用于合成纖維、天然纖維或合成皮革等材料的表面改性，有效防止化學材料與皮膚的直接接觸，避免化學材料對皮膚的不良刺激，可廣泛應用于床上用品、連襪褲、內褲、汗衫、嬰兒內衣、尿布、尿不濕無紡布、人造革靠椅等[3]。

本實驗使用不同類型的交聯劑對絲膠在棉織物上進行整理，結果表明1，2，3，4-丁烷四羧酸(BTCA)使絲膠在棉織物上有明顯的增重，多次水洗后仍能保持4 %以上的增重率。傳統的BTCA催化劑次亞磷酸鈉因為含磷而在使用上受到限制，本研究采用硝酸鈉、混合催化劑(檸檬酸鈉和酒石酸鈉1∶1)替代含磷催化劑，并測試了絲膠整理后棉織物的結構變化及吸放濕、保溫等相關服用性能。

1 實驗部分

1.1 材料和藥品

純棉平紋織物(30 mm×30 mm/15 mm×15 mm，南通第一印染廠)，絲膠粉(分子質量18 000～25 000 Da，

式中：整理前試樣干燥質量m0；整理后試樣干燥質量m1。

1.3.2.2 白度測試

按照GB/T 17644－1998《紡織纖維白度色度實驗方法》，在WD-5白度儀上測定，測定5次，取平均值。

1.3.2.3 掃描電鏡(SEM)分析

在掃描電鏡(SEM)上對待測試樣進行觀察。

1.3.2.4 傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)

將樣品在NICOLET5700型智能型傅立葉紅外光譜儀(美國NICOLET公司)上進行分析。

1.3.2.5 吸濕放濕性測試

1.3.2.6 保溫性能測試

根據GB/T 11048－1989《紡織品保溫性能試驗方法》(A法：平板式恒定溫差散熱法)，0～50 ℃條件下對實驗試樣進行保溫性能測試。方法如下：在標準大氣條件下[(20±2) ℃，(65±2)%]調濕24 h，每種試樣各取3塊，試樣尺寸為30 cm×30 cm，預熱30～60 min，測定5個加熱周期，讀取數據。

計算公式：

式(1)中：Q為保溫率，%；Q1為無試樣散熱量，W/C；Q2為有試樣散熱量，W/C。

式(2)中：U2為試樣傳熱系數，W/m2?℃；Ubp為無試樣時傳熱板傳熱系數，W/m2?℃；U1為有試樣時傳熱板傳熱系數，W/m2?℃。

傳熱系數越小，表示織物的絕緣性或保暖性越好；反之，表示保暖性越差。

1.3.2.7 強力測試

2 結果與分析

2.1 整理工藝分析

2.1.1 交聯劑的影響

在本實驗中，嘗試利用高溫交聯劑丁烷四羧酸BTCA，以及低溫交聯劑AF6900、TF569和TEP將絲膠固著在純棉織物的表面。實驗結果如表1所示，BTCA能使絲膠在棉織物上有穩定增重，并耐水洗；而幾類交聯劑對純棉織物有初增重，一次水洗后均有明顯失重，因此無固著。

2.1.2 催化劑的影響

BTCA被公認為最理想的棉織物無甲醛整理劑[4-5]。絲膠涂層是由絲膠、多元羧酸和纖維素纖維發生化學反應產生的化學鍵固著，多元羧酸在催化劑的作用下脫水生成酸酐，酸酐進一步與纖維素纖維上的羥基或者絲膠上的氨基或羥基發生酯化交聯，從而將絲膠固著在棉織物表面。

表1 不同交聯劑對絲膠在棉織物上的增重效果及牢度影響Tab.1 Weighting and Fastness of Sericin on Cotton Fabric by Different cross Linker

用多元羧酸對織物進行整理，催化劑是關鍵，實驗比較了次亞磷酸鈉、硝酸鈉和混合催化劑(檸檬酸鈉和酒石酸鈉)3種催化劑的效果。其對棉織物增重率及白度的影響如表2所示。用BTCA作為交聯劑，織物增重且經水洗后損失不大，對織物白度影響不大。由表2可以看出，硝酸鈉作催化劑對織物白度影響顯著，明顯發黃。混合催化劑可以很好地代替次亞磷酸鈉，以減少含磷化合物排放。

表2 催化劑對絲膠整理后棉織物增重率的影響Tab.2 Weighting of Cotton Fabric Finished with Sericin by Different Catalyst

2.2 整理品形態結構與性能分析

2.2.1 SEM分析

棉織物在絲膠整理前后的SEM照片如圖1所示。可以觀察到：未經整理的纖維表面光滑；BTCA整理后的纖維表面略微粗糙，有間斷的、細長的凹痕；而經絲膠整理后的纖維表面有明顯的、均勻的堆積物。這說明絲膠已固著在織物的表面[6]。

圖1 絲膠整理前后純棉織物的SEM圖Fig.1 SEM Micrographs of Cotton Fabric before and after Finished with Sericin (×5000)

2.2.2 紅外光譜分析

棉織物在絲膠整理前后的紅外譜圖如圖2所示。對比絲膠整理后純棉織物(1)和僅由BTCA整理后的純棉織物(2)的圖譜，均在1 726 cm-1附近出現強烈的吸收峰，這主要可能是未反應的羧酸基或BTCA在反應過程形成的酸酐所造成；BTCA＋絲膠整理后的棉織物譜圖在1 660 cm-1附近有一處明顯的微小峰，據此可推知1 660 cm-1附近出現的峰是整理后固著在棉織物表面上的絲膠的酰胺基團的峰[7]。

圖2 絲膠整理前后純棉織物的FT-IR圖譜Fig.2 FT-IR Spectrogram of Cotton Fabric before and after Finished with Sericin

2.2.3 吸濕放濕性能分析

1.管理模式陳舊，難以滿足規模化、產業化的現代畜牧業發展需要。一方面，隨著我國市場經濟逐步深化，散養戶一年到頭不但沒有經濟效益，而且抵御風險能力差，一旦出現生豬市場不景氣就有可能虧本，這樣就迫使農村很大一部分農民寧愿外出打工也不愿養豬，結果導致農村散養戶銳減，傳統的千家萬戶散養模式正在瓦解。另一方面，隨著人們物質生活水平的日益提高，人們對肉類（在我國主要指豬肉）食品需求量不斷擴大，現代生豬生產的任務愈來愈重，從而造就了越來越多的規模飼養戶。

吸放濕性能是服裝面料的重要指標，其在大氣中吸收水分的性能稱為吸濕性，而在濕態時放出水分的性能稱為放濕性。吸放濕性主要取決于纖維的性質，可以調濕保濕，防止皮膚干燥、瘙癢。根據圖3可知，經絲膠整理后純棉織物的吸放濕性能明顯好于未經絲膠整理的棉織物。這主要是因為絲膠是由氨基酸組成的，氨基酸中含有大量的影響吸濕能力的親水基團，如羥基(－OH)、羧基(－COOH)等，它們都很容易與水分子結合，因而能有效改善織物的穿著舒適性。

圖3 絲膠整理前后對純棉織物吸濕放濕性能的影響Fig.3 Moisture Absorption and Moisture Release of Cotton Fabric before and after Finished with Sericin

2.2.4 保溫性能分析

織物的保暖性取決于織物傳遞熱量的能力，影響織物保暖性的因素主要有：纖維的導熱性和織物的蓬松性。

根據表3中的數據可得出：BTCA整理后的純棉織物保溫率由15.82 %降為14.79 %，下降了1.03個百分點，克羅值由0.127 3降為0.087 1，下降了0.040 2，傳熱系數由50.78 W/m2?℃增到74.15 W/m2?℃，增加了23.37 W/m2?℃；而BTCA＋絲膠整理后的純棉織物保溫率、克羅值分別增為17.98 %和0.148 5，分別增加了2.16個百分點和0.021 2，傳熱系數降低了7.32 W/m2?℃。保溫率、克羅值越大，說明織物的保暖性越好；傳熱系數越低，說明保暖性越差。通過實驗證明，經絲膠整理后的純棉織物保溫率和克羅值增加，傳熱系數下降，說明經絲膠整理后的純棉織物保暖性提高。

表3 織物的保溫性能測試Tab.3 Testing of Heat Preservation of Cotton Fabric

2.2.5 斷裂強度分析

3 結 論

1)通過對不同交聯劑的篩選后得出，BTCA可用作絲膠對純棉織物整理的交聯劑，紅外、SEM電鏡測試分析表明絲膠已在棉織物表面形成固著。

2)可用混合催化劑(酒石酸鈉∶檸檬酸鈉為1∶1)替代次亞磷酸鈉，以減少含磷化合物的排放。

3)經絲膠整理后的棉織物在吸放濕性能、保溫性能方面都有提高，改善了服用舒適性能；對白度的影響不顯著，不會影響后續染色加工。

[1]蘇州絲綢工學院.制絲化學[M].北京：紡織工業出版社，1990：71-72.

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Study on the Finishing of Cotton Fabric with Sericin and Its Related Properties

LI Ke-wan1,2a, XING Tie-ling1,2a, SHENG Jia-yong2a, CHEN Guo-qiang1,2a, SUN Lin2b, SUN Dao-quan3, PAN Shi-jun3
(1.National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China; 2a.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2b.Materials and Chemical Engineering Academy, Soochow University, Suzhou 215123, China; 3.Xin Yuan Cocoon Silk Group Co., Ltd., Haian 226600, China)

In order to take the advantage of the specific property of sericin to improve wear property of cotton fabric, cotton fabric was finished with sericin using BTCA as crosslinking agent by pad-dry-cure process. Fourier Transform Infrared Spectrophocopy (FT-IR) and SEM confirmed that sericin was fixed on the surface of cellulose at high temperature. Compound of sodium tartrate and sodium citrate was an ideal substitute for sodium hypophosphite as catalyst for BTCA. The moisture absorption, moisture release and heat preaervation of finished cotton fabric were remarkably increased.

Sericin; BTCA; Cotton fabric; Wear property

TS190.641

A

1001-7003(2010)09-0011-04

2010-01-12；

2010-03-11

國家科技支撐計劃項目(2007BAD72B04)；江蘇省科技支撐計劃項目(BE2009424)

李克彎(1985－ )，男，碩士研究生，研究方向為絲膠提取及應用的研究。通訊作者：陳國強，教授，博導，chengguojiang@suda.edu.cn。