不同脫膠除油工藝對絲綿性能影響的研究

封寶山，林海濤，蔣 芳，黃繼偉，寧晚娥，陶立全

(1.柳州市產品質量監督檢驗所，廣西柳州545006;2.國家繭絲綢產品質量監督檢驗中心(柳州)，廣西柳州545006;3.廣西科技大學生物與化學工程學院，廣西柳州545006)

以天然蠶絲纖維為原料的絲綿，具有輕柔、保暖性好等獨特優點，用其制成的絲綿被深受消費者喜愛[1-2]。但傳統絲綿被彈性差，使用一段時間后需重新翻拆才能維持較好的保暖效果，直接影響了絲綿被的質量和使用效果，也成為影響市場消費的障礙之一[2-3]。衡量絲綿內在質量因素有含油率、壓縮回彈性、含膠率、斷裂強度和回潮率等技術指標，通過工藝改進實現絲綿性能的改善已經成為當前主要的研究課題。

繅絲汰頭是絲綿主要加工原料之一，價格低廉且具有優質絲綿的全部優點，目前企業主要采用皂堿法對絲綿進行脫膠除油[3-4]。這種處理方法堿用量大、處理時間長、蛹油清除不徹底、易產生沉淀，同時對絲綿的損傷也較大。另一方面，該方法易導致絲綿在使用過程中出現板結、收縮等現象，嚴重影響了絲綿的吸濕性、透氣性和保暖性。此外，蛹油的存在使絲綿有一股難聞的氣味，影響絲綿光澤、手感及使用 因此亟待開發一種新的繅絲汰頭脫膠除油處理工藝，使絲綿潔白、不板結、彈性好、無異味。研究發現[5-10]，采用酸、高溫高壓、酶處理等方法在一定條件下都能實現絲綿的性能處理，但是這些方法會導致絲綿的性能遭到破壞。本研究為克服現有絲綿除油生產工藝技術上的不足，采用有機溶劑6號輕汽油通過浸出法處理絲綿，探討了先脫膠后除油的絲綿和先除油后脫膠的絲綿的性能變化，同時利用紅外光譜和掃描電鏡對不同絲綿結構進行了分析表征。

1 實驗

1.1 材料及儀器

未處理絲綿a(廣西融安縣金鼎制絲有限責任公司)，先脫膠后除油的絲綿b(實驗室處理)，先除油后脫膠的絲綿c(實驗室處理)。

儀器:BSA224S電子天平(常州市幸運電子設備有限公司)，YG(B)001A電子單纖維強力機(溫州大榮紡織儀器有限公司)，WSB-3A白度計(溫州大榮紡織儀器有限公司)，Quanta600F掃描電鏡(美國FEI公司)，傅里葉紅外光譜儀(美國PE公司)。

1.2 方 法

1.2.1 含膠率測試

絲綿含膠率測定按照國家標準GB/T 1798—2008《生絲》中測蠶絲含膠率的方法進行測試表征。

1.2.2 含油率測定

絲綿含油率是絲綿表面吸附的油劑質量對未經處理絲綿干重的百分率，采用索氏萃取法[10]進行處理。含油率按下式計算:

式中:a為試樣含油率，%;m1為脫膠除油處理后試樣干重，g;m2為石油醚處理后試樣干重，g;m為未經任何試劑處理的試樣干重，g。

1.2.3 壓縮回彈性測試

將5g絲綿試樣扯松，均勻地喂入圓筒內。用鉤桿將輕負荷輕輕地插入圓筒，壓在絲綿上。稍停片刻，獲得纖維塊體的初始高度h0。加入重負荷作用1min后，獲得纖維塊體壓縮變形后高度h1。去除負荷，待一定時間(15s)獲得纖維塊體去除負荷后回復的高度，用h15表示。利用公式(2)計算出纖維的壓縮變形率ε(%);利用公式(3)計算出纖維的15s壓縮彈性恢復率Zp15(%)。

式中:h0為纖維層初始高度，mm;h1為重負荷壓縮后高度，mm;h15為去除負荷后恢復15s的高度，mm。

1.2.4 斷裂強力測試

絲綿單纖維斷裂強力在YG(B)001A電子單纖維強力機上進行測試，其中試樣夾持長度10mm，拉伸速度10mm/min，預張力0.1 cN，溫度(20±2)℃，相對濕度(65±5)%。

1.2.6 回潮率測試

絲綿回潮率按照國家標準 GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定》進行測試。

1.2.7 結構表征

脫膠除油前后絲綿纖維剪成細小粉末，粉末樣品與KBr充分研磨混合，選取波數500～4 000 cm－1，分辨率4 cm－1對絲綿進行紅外光譜測試。

采用美國FEI公司Quanta600F場發射掃描電鏡放大5 000倍以上，觀察絲綿的微觀表面形態。

2 結果與討論

2.1 試樣的性能變化

表1為未處理絲綿a、先脫膠后除油處理絲綿b和先除油后脫膠處理絲綿c的性能評價指標。

表1 不同樣品的性能指標Tab.1 Performance indexes of different samples

從表1可以看出，與未處理絲綿相比，處理后絲綿白度、壓縮率及回彈率明顯提高，而其含油率、含膠率、回潮率和斷裂強力則降低。先脫膠后除油處理絲綿的含油率、含膠率、壓縮率及斷裂強力大于先除油后脫膠處理的絲綿。先脫膠后除油處理絲綿回彈率及回潮率小于先除油后脫膠處理的絲綿。先脫膠后除油處理絲綿白度要大于先除油后脫膠處理的絲綿，這是由于先脫膠后除油工藝中雙氧水用量以及處理溫度比先除油后脫膠工藝中高所導致的。絲綿脫膠除油處理后蛹油已經基本除凈，含油率遠小于國家標準中特級品含油率0.5%，絲綿的含油率越低，蛹油殘留在絲綿上的異味越少，這有利于絲綿被內在質量的提升 未處理絲綿的壓縮率為 經過處理后絲綿壓縮率分別為45.56%和42.18%。絲綿的壓縮率在一定程度上反映其膨松性的大小，一般壓縮率越大，膨松性越好，這表明絲綿膨松性比未處理絲綿明顯增加。未處理絲綿回彈率為53.46%，先脫膠后除油絲綿的回彈率為90.2%，先除油后脫膠絲綿回彈率為92.14%。絲綿的回彈率表示試樣被壓縮后回復原狀能力[4]，這表明處理后絲綿比普通絲綿彈性有了很大程度的提高。從表1可得出經先除油后脫膠處理和先脫膠后除油處理后絲綿的回潮率分別為10.76%和11.45%，符合國家標準GB/T 24252—2009《蠶絲被》中回潮率≤12%的要求。為了評價絲綿柔軟性，采用單纖維電子強力儀，從絲綿中抽取20根測定絲綿的斷裂強度，通過斷裂強度與面積可以計算絲綿模量。對絲綿的柔軟性至今為止還未見準確測試方法，其中測定絲綿模量可以在一定程度上來評價絲綿柔軟程度。從表1數據可以看出，處理后絲綿的強度低，說明彈性膨松絲綿容易發生變形，有極好的柔軟性。所以，選擇絲綿脫膠除油方法是完全合理可行的。

為進一步驗證絲綿脫膠后的效果，利用苦味酸胭脂紅試劑與絲綿顯色反應來進行判斷。當絲膠脫盡時，絲綿在苦味酸胭脂紅試劑作用下呈黃色。當絲膠沒有被脫盡時，絲膠會被胭脂紅染成紅色。從圖1所示絲綿顯色反應可以看到，絲綿呈淺紅色，而脫膠處理后的絲綿為黃色。這說明絲綿中存在大量絲膠，而經過脫膠處理后絲綿中的絲膠已經基本脫盡，該照片進一步證明脫膠后絲綿數據結果的可靠。

2.2 試樣的紅外光譜分析

圖1 脫膠處理前后的絲綿照片Fig.1 Photos of silk floss before and after degumming

圖2 絲綿的紅外光譜曲線Fig.2 Infrared spectrum curves of silk floss

圖2是絲綿樣品及經過處理后絲綿樣品的紅外光譜圖。由圖2(a)可知，未處理絲綿樣品在1 620、1 514、1 230、1 053 和680 cm－1處存在吸收峰。根據紅外吸收頻率與蛋白質分子構象的關系[1，4-7]，絲綿的紅外光譜峰值分別在蛋白質酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ、酰胺Ⅲ和酰胺Ⅴ的β-折疊特征峰范圍附近，由此推斷絲綿及處理后絲綿的分子構象以β-折疊結構為主。從圖2(b)可知，先脫膠后除油處理后絲綿樣品的紅外光譜譜圖未發生明顯變化。從圖2(c)可知，先除油后脫膠處理后絲綿樣品在1 620、1 514和1 229cm－1處特征吸收峰明顯。從以上3組數據對比可以得出，不同工藝處理后絲綿樣品的含量未發生明顯改變，其中先除油后脫膠工藝處理后的絲綿樣品的吸收峰強度增加。

2.3 試樣的微觀形貌變化

圖3 不同樣品的電鏡圖片Fig.3 SEM photos of differentsamples

為研究不同脫膠除油工藝下絲綿表面微觀形貌的變化，選取不同絲綿試樣做噴金處理后觀察絲綿的表面形態變化。圖3分別為未脫膠除油處理絲綿、脫膠后除油處理的絲綿和先除油后脫膠處理的絲綿的微觀形貌變化。圖3(a)樣品表面十分的粗糙，有許多白色斑點，出現這種情況可能是繅絲汰頭加工成絲綿過程中加入大量堿，導致絲綿表面絲膠部分去除不完全、脫膠不均勻因而導致絲綿表面十分粗糙。圖3(b)絲綿表面工整平滑。圖3(c)纖維表面比較平滑，有少量的白點，可能是因為脫膠劑未洗干凈導致。

3 結論

采用有機溶劑6號輕汽油通過浸出法工藝處理絲綿，研究發現，與未處理絲綿相比，處理后絲綿白度、壓縮率及回彈率明顯提高，而其含油率、含膠率、回彈率和斷裂強力則降低。先脫膠后除油處理絲綿的含油率、含膠率、壓縮率及斷裂強力大于先除油后脫膠處理的絲綿。先脫膠后除油處理絲綿的回彈率及回潮率小于先除油后脫膠處理的絲綿。

處理后絲綿的含油率＜5%，壓縮率＞42%，回彈率＞90%，回潮率＜12%，說明選擇絲綿脫膠除油工藝方法是完全合理可行。苦味酸胭脂紅試劑與絲綿顯色反應確定脫膠處理后絲綿為黃色，絲綿中的絲膠已經基本脫盡，證明脫膠后絲綿數據可靠。

新工藝生產的彈性絲綿由于采用特殊的工藝技術，其微觀結構未發生明顯變化，該工藝方法為推廣應用新生產工藝創造了有利的條件。

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