棉織物殼聚糖雜化膜改性及防紫外線性能研究

高大偉+王麗麗+何雪梅+陸逸群+劉建朋

摘要：以具有良好生物相容性的殼聚糖為基本原料，通過加入無機鹽制得摻雜金屬離子的殼聚糖雜化膜，并對棉織物進行改性處理。利用紡織品防紫外線性能測試儀研究無機鹽、交聯劑、溫度、時間和濃度等對棉織物防紫外線性能的影響。研究結果表明：摻雜氯化鎂的殼聚糖雜化膜協同硅烷偶合劑KH550處理后，棉織物的防紫外線性能較未處理的棉織物防紫外線能能略有降低，但僅摻雜氯化鎂的殼聚糖雜化膜對織物處理后，棉織物的防紫外線性能較好，UPF值可達28.8。摻雜氯化鎂的殼聚糖雜化膜處理的棉織物，當氯化鎂濃度為2g/L，殼聚糖的濃度為1%，在40℃的溫度下處理60 min時，棉織物的防紫外線性能最好，UPF值可達30+。

關鍵詞：殼聚糖；無機鹽；改性；棉織物；防紫外線性能

中圖分類號：TS195.2 文獻標志碼：A

The Influence of Chitosan Hybrid Membrane on the AntiUltraviolet Properties of Cotton Fabrics

Abstract： Cotton fabric was modified by chitosan hybrid membrane with inorganic metal ions. Ultraviolet radiation tester was used to evaluate the influence of the inorganic salt， crosslinking agent， temperature， time and concentration on the anti-ultraviolet properties of the cotton fabric. Compared with the cotton fabric， the anti-ultraviolet behaviors of the fabric modified by inorganic salts and a minopropyltriethoxysilane（KH550） descended. The fabric modified by MgCl2/chitosan showed better anti-ultraviolet performance（UPF=28.8）. The optimum modification process was MgCl2 2 g/L， chitosan concentration 1%， 40 ℃ and 60 min， in which the UPF value reached up to 30+.

Key words： chitosan； Inorganic salt； modification； cotton fabric； UV resistance

棉織物具有吸濕性強、透氣性好、穿著舒適和不易起靜電等特點，深受人們青睞，是制作夏裝和戶外活動裝的主要面料。但輕薄棉織物是紫外線輻射最容易透過的面料之一，本身屏蔽紫外線的能力不足以使人體皮膚免受紫外線輻射引起的損傷，因此棉織物成為防紫外線輻射整理的主要對象。近年來人們大多利用有機紫外線吸收劑和無機紫外線反射劑來加工生產防紫外線紡織品，但使用生物材料對于紡織品進行防紫外線整理的研究還較少。

殼聚糖屬于陽離子改性劑，是迄今發現的唯一的天然堿性多糖，殼聚糖的分子鏈結構中含有大量帶孤對電子的活性基團，以其獨特的分子結構、生物相容性、生物降解性、抗菌性、無毒性、生物活性和物理化學性質引起人們的重視，在化工、紡織、印染、造紙和醫藥等領域有廣泛的應用前景。研究發現殼聚糖及其衍生物有溶致膽甾液晶性，殼聚糖在紫外-可見光區具有明顯的吸收。本文以天然高分子產物殼聚糖為基礎，制備了摻雜金屬離子的殼聚糖雜化膜，并對棉織物表面進行改性處理，研究不同處理工藝對棉織物防紫外線性能的影響。

1 實驗

1.1材料與儀器

織物：市售漂白純棉織物，經紗細度35S，緯紗細度30S，經密400根/10cm，緯密220根/10cm，克重101g/m2。

藥品：殼聚糖（生物試劑，浙江金殼生物化學有限公司），冰醋酸（分析純，國藥集團化學試劑有限公司），氯化鎂（分析純，天津市永大化學試劑有限公司），氯化鋅（化學純，國藥集團化學試劑有限公司），醋酸鋅（分析純，上海山浦化工有限公司），醋酸鎂（分析純，上海化學試劑采購供應站經銷），無水乙醇（分析純，江蘇彤晟化學試劑有限公司），硅烷偶聯劑KH550（工業級，南京品寧偶聯劑有限公司）。

儀器：HJ-3數顯恒溫磁力攪拌器（常州國華電器有限公司）；YP6102電子分析天平（上海正光醫療儀器有限公司）；KQ5200DB數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；YG（B）912E紡織品防紫外線性能測試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2殼聚糖雜化溶液的配置

稱取適量的殼聚糖溶于2mL冰醋酸中，并加入98mL的蒸餾水。用數顯恒溫磁力攪拌器在恒溫的條件下攪拌2h。取適量配好的殼聚糖溶液加入一定的無機鹽溶液，并充分攪拌制得摻雜金屬離子的殼聚糖雜化膜。

1.3預處理工藝

配置殼聚糖/無機鹽雜化溶液→雜化溶液對棉織物改性處理（浴比1∶100）→水洗烘干。

1.4防紫外線線性能測定

根據國家標準GB/T18830—2002《紡織品防紫外線性能的評定》，在紡織品防紫外線性能測試儀上，測得織物UVA和UVB波段的紫外線透過率，以UPF值評價織物的防紫外線效果。

2結果與討論

2.1無機鹽對處理效果的影響

在殼聚糖溶液中加入不同的無機鹽，用摻雜不同金屬離子的殼聚糖雜化膜及單純的無機鹽對棉織物進行改性處理，研究摻雜金屬離子的不同對棉織物改性效果的影響。試劑用量及工藝條件如下：殼聚糖1%、0.1mol/L的氯化鎂5mL、0.1mol/L的氯化鋅溶液5mL、醋酸鋅2g、醋酸鎂2g，在30℃的條件下預處理60min，然后測定改性后棉織物的防紫外線性能，結果如表1所示。

由表1可知，處理后棉織物的防紫外線性能均有所提高，摻雜金屬離子的多糖雜化膜處理后的棉織物防紫外線性能增加顯著，其中殼聚糖溶液中添加氯化鎂的防紫外線性能最好，殼聚糖溶液中摻雜氯化鋅的次之。

2.2交聯劑對處理效果的影響

在殼聚糖/氯化鎂雜化溶液和殼聚糖/氯化鋅雜化溶液中各加入2mL的KH550，對棉織物進行改性處理，測定處理后棉織物的防紫外線性能，結果如表2所示。

由表2可知，加入硅烷偶合劑KH550處理后的棉織物的防紫外線性能相對較低，這可能是由于硅烷偶合劑KH550與摻雜金屬離子的殼聚糖雜化溶液會形成一層網狀結構的薄膜附著在織物表面上，織物表面積增大，同時在織物表面引入硅，對紫外光譜的反射能力增強所致。

2.3浸漬溫度對處理效果的影響

在1%殼聚糖中加入2g/L的氯化鎂5mL，分別在不同溫度下處理60min，然后測得改性后織物的防紫外線性能，結果見表3。

由表3可知，隨著溫度的升高，織物的防紫外線性能呈先上升后下降的趨勢，織物在40℃防紫外線性能效果最好。

2.4氯化鎂濃度對處理效果的影響

在1%殼聚糖溶液中加入5mL不同濃度的氯化鎂溶液，在40℃處理60min。然后測得改性后織物的防紫外線性能，從而確定預處理改性的氯化鎂濃度。結果見表4。

由表4可知，氯化鎂的濃度對織物的防紫外線性能有一定的影響，隨著濃度的增加，防紫外線性能略有下降，當氯化鎂濃度為2g/L織物的防紫外線性能最好。

2.5浸漬時間對處理效果的影響

在1%的殼聚糖溶液中加入2g/L氯化鎂溶液5mL，在40℃的溫度下分別處理不同時長，然后測得改性后織物的防紫外線性能，結果如表5所示。

由表5可知，隨著處理時間的延長，織物的防紫外線線性能呈現先增大后下降的趨勢，當處理時間60min時，處理后織物防紫外線性能最好。

2.6殼聚糖濃度對處理效果的影響

在不同濃度的殼聚糖溶液中分別加入2g/L氯化鎂溶液5mL，在40℃的溫度下處理60min，然后測得改性后織物的防紫外線性能，從而確定最佳的殼聚糖濃度。

由表6可知，殼聚糖的濃度對織物的防紫外線性能有一定的影響，隨著殼聚糖濃度的增加，織物的防紫外線性能呈先上升后下降的趨勢，殼聚糖的濃度為1%時對應的織物防紫外線性能效果較好，UPF值可達30+。

3結論

（1）摻雜氯化鎂的殼聚糖雜化膜對織物處理后，棉織物的防紫外線性能最好。

（2）摻雜氯化鎂的殼聚糖雜化膜協同硅烷偶合劑KH550后，棉織物的防紫外線性能略有降低。

（3）摻雜氯化鎂的殼聚糖雜化膜處理的棉織物，當氯化鎂濃度為2g/L，殼聚糖的濃度為1%，在40℃的溫度下處理60min時，棉織物的防紫外線性能最好。

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作者簡介：高大偉，男，1983年生，講師，主要研究功能性復合納米材料制備及應用。

作者單位：鹽城工學院紡織與服裝學院。

基金項目：生態紡織教育部重點實驗室開放課題基金（江南大學No. KLET1321）；鹽城市農業科技指導性計劃項目（YKN2014017）。