絲素/TiO2復配液對棉整理品抗皺、抗紫外性能的影響

唐 志 娟

(中原工學院 信息商務學院，鄭州 451191)

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絲素/TiO2復配液對棉整理品抗皺、抗紫外性能的影響

唐 志 娟

(中原工學院 信息商務學院，鄭州 451191)

摘要:采用無水碳酸鈉和氫氧化鈉處理原蠶絲織物，進行脫膠、溶脹、降解等一系列處理得到的絲素蛋白溶液；再將絲素蛋白溶液與納米TiO2顆粒復配，分析復配整理劑中絲素和納米TiO2的不同配比對棉整理品的抗皺和抗紫外性能的影響，并確定最佳絲素/TiO2復配整理液；最后確定后整理的最佳工藝條件：交聯劑(戊二醛)的質量濃度、軋余率、焙烘溫度和時間。結果表明：絲素/TiO2復配整理劑中絲素與TiO2的質量比為15︰4時，可使棉整理品的抗皺和抗紫外性能達到最佳；后處理工藝中戊二醛交聯劑的最佳質量濃度為12 g/L，焙烘溫度為130 ℃，焙烘時間為120 s，軋余率為105%。

關鍵詞:絲素/TiO2；質量比；棉織物整理；抗皺性能；抗紫外性能

棉織物具有透氣性好、染色性能好、材質柔軟、不易起毛球等優良特性，在服裝和家私領域得到廣泛的應用，但其在使用和清洗過程中容易起皺且過后不易復原。雖然傳統的抗皺整理方法有很多，如低甲醛整理，2D樹脂整理等，但經這些抗皺整理后的棉織物存在甲醛釋放的問題，不僅污染了環境，而且嚴重威脅著人體健康。樹脂整理法是棉織物傳統防皺整理法中較常用的一種，但整理后的棉織物抗斷裂強度性能下降、易磨損，部分經樹脂整理后的棉織物帶有異味，倘若處理不當會導致棉織物出現泛黃和破損。因此開發綠色、環保的棉織物整理技術迫在眉睫，生態功能整理成為發展趨勢[1]。例如，用殼聚糖整理后的棉織物不但具有良好的抗菌性能和生物活性，而且其來源廣泛，資源豐富，無毒無污染[2]；絲素蛋白整理劑中富含氨基酸，不但對皮膚具有保健作用[3-5]，而且經整理后的棉和麻都具有抗皺性、蓬松性、伸縮性、形狀記憶性等優良特性[6]；納米TiO2不僅具有良好的安全性及穩定性等性能，而且具有屏蔽強紫外線的能力[7]，應用于紡織品的功能整理可賦予棉織物抗紫外、抗菌、抗老化等性能。鄧樺等[8]探究了納米TiO2對棉織物抗紫外性能的影響；蔣林豪等[9]探究了絲素蛋白溶液對棉織物抗皺性能影響；張玉芬等[10]用絲素蛋白整理棉織物探究絲素質量分數對棉織物性能的影響，且在此基礎上復配了TiO2探究整理劑中TiO2的含量對棉織物性能和結構的影響，然而交聯劑(戊二醛)質量濃度、軋余率、焙烘溫度和焙烘時間這四方面對棉織物性能的影響未有詳細的研究。本研究課題組前期已經對無水碳酸鈉處理原蠶絲織物的脫膠條件和絲素蛋白溶液對棉織物抗皺性能做了研究分析，并得出了最佳脫膠條件和絲素蛋白的降解條件[9]。在此基礎上，本研究將絲素蛋白溶液與TiO2復配，探討復配整理劑中絲素和TiO2含量對棉整理品抗紫外和抗皺性能的影響，以期獲得最佳質量濃度比的絲素/TiO2復配整理劑和后整理最佳工藝。

1　實　驗

1.1儀器及材料

納米TiO2顆粒(分析純，南京天行新材料有限公司)；戊二醛(分析純，天津市光復精細化工研究所)；電子天平(JA5003，上海舜宇恒平科學儀器有限公司)；電熱恒溫鼓風干燥箱(DGG-9240B，上海森信實驗儀器有限公司)；FAST織物折皺回復性能測試儀(UV-2450，日本島津)；HB902紫外線透過率分析儀(YG(B)541E，溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2方法

1.2.1絲素/TiO2復配整理劑的制備

把所制備的不同質量濃度的絲素溶液和納米TiO2顆粒進行復配，確定絲素/TiO2復配整理劑中最佳絲素和納米TiO2的質量濃度比。

a)最佳絲素質量濃度的研究。初定納米TiO2質量濃度為5 g/L，分別與10、20、30、40、50 g/L的絲素溶液復配，用復配后的整理劑整理棉織物，整理工藝條件為：交聯劑質量濃度為10 g/L，軋余率為108%，烘焙時間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測試其抗皺和抗紫外性能，通過比較確定最佳絲素質量濃度。

b)最佳納米TiO2質量濃度的研究。采用最佳絲素質量濃度為30 g/L，分別與4、6、8、10、12 g/L的納米TiO2顆粒復配，用復配后的整理劑整理棉織物，整理工藝條件為：交聯劑質量濃度為10 g/L，軋余率為108%，烘焙時間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測試其抗皺和抗紫外性能，通過比較確定最佳的納米TiO2質量濃度，即最終的絲素和納米TiO2的質量比。

1.2.2抗皺、抗紫外整理工藝研究

a)交聯劑(戊二醛)質量濃度的研究。在絲素質量濃度為30 g/L，納米TiO2質量濃度為8 g/L的最佳絲素/TiO2復配整理劑中滴加不同質量濃度的交聯劑(4、8、12、16、20 g/L)，然后分別整理棉織物。整理工藝為：軋余率為108%，烘焙時間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測試整理品的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定交聯劑的最佳質量濃度。

b)軋余率的研究。采用絲素質量濃度為30 g/L，納米TiO2質量濃度為8 g/L，交聯劑質量濃度為12 g/L的工藝來制備絲素/TiO2復配整理劑，設定棉織物的軋余率分別為75%、85%、95%、105%、115%，烘焙時間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測試整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定最佳的軋余率。

c)焙烘溫度的研究。采用絲素質量濃度為30 g/L，納米TiO2質量濃度為8 g/L，交聯劑質量濃度為12 g/L的工藝條件來制備絲素/TiO2復配整理劑，軋余率為105%，烘焙時間為120 s，設定焙烘的溫度分別為100、110、120、130、140 ℃，測試整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定最佳的焙烘溫度。

d)焙烘時間的研究。采用絲素質量濃度為30 g/L，納米TiO2質量濃度為8 g/L，交聯劑質量濃度為12 g/L的工藝條件來制備絲素/TiO2復配整理劑，軋余率為105%，烘焙溫度為130 ℃，設定焙烘的時間分別為30、60、90、120、150 s，測試整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定最佳的焙烘時間。

1.2.3棉整理品的性能測試

a)抗皺性能的測試。使用FAST織物折皺回復性能測試儀，采用水平法測試織物折皺回復角(WRA)[11]，包括急彈和緩彈回復角。測試前先將試樣熨燙平整，并在溫度20 ℃和相對濕度65%的條件下平衡24 h，然后每個樣品取10個試樣進行回復角測試，取平均值，試樣規格2 cm×2 cm。測定整理前棉織物的急彈回復角和緩彈回復角分別為65.53°和85.51°。

b)抗紫外性能的測試。使用HB902紫外線透過率分析儀測試整理前和整理后棉織物的紫外線防護系數(UPF值)[11]，采用標準GB/T 18830—2002《紡織品 防紫外線性能的評定》來評價織物抗紫外效果，UPF值越高，表示棉織物的抗紫外線性能越好，其中當UPF值大于30時，可稱為抗紫外線織物。測得整理前棉織物的UPF值為18.04。

2　結果與討論

2.1絲素/納米TiO2顆粒復配質量濃度比的影響

圖1　絲素質量濃度對棉整理品性能的影響Fig.1　Effect of silk fibroin mass concentration on the properties of cotton fabrics

絲素質量濃度對棉整理品性能影響如圖1所示。在絲素質量濃度為30 g/L時，折皺回復角達到最大；當絲素質量濃度大于30 g/L時，棉織物的折皺回復性隨著絲素質量濃度的增加而逐漸降低。折皺回復性變化的原因是當絲素質量濃度小于30 g/L時，纖維素可以充分與絲素蛋白發生網狀交聯，因此隨著絲素質量濃度的增加折皺回復性逐漸提高。而當絲素質量濃度大于30 g/L后，絲素蛋白分子之間會發生纏結，使絲素分子的可及性降低從而減少了網狀交聯，使得棉織物的折皺回復性不斷下降[10]。抗紫外性能的變化是因為當絲素質量濃度小于30 g/L時，因絲素質量濃度較低而對棉織物抗紫外性能影響不大，容易表現出減少的趨勢，此趨勢與張玉芬等[10]的研究相一致；而當絲素質量濃度大于30 g/L時，因為絲素蛋白中的酚羥基具有吸收紫外線的功能，更是絲素復合了納米TiO2顆粒后，增強了棉織物的抗紫外性能，因此整理后棉織物的UPF值相比整理前有所提高。

納米TiO2質量濃度對棉整理品性能影響如圖2所示。當納米TiO2質量濃度小于8 g/L時，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能隨著納米TiO2質量濃度的增加而增強，在納米TiO2質量濃度為8 g/L達到最佳；當納米TiO2質量濃度大于8 g/L時，棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸降低。抗皺性能的變化是因為纖維素鏈中的氫鍵被Ti=O鍵打開，使纖維素與絲素分子發生鏈交聯，并且納米TiO2能夠促使處于游離狀態且沒有形成交聯的絲素分子與纖維素發生鏈交聯，進而提高棉整理品的折皺回復性能。但是當納米TiO2質量濃度過高時，過量的納米TiO2發生團聚，不利于鏈交聯的進行，致使折皺回復性能呈現下降的趨勢。因為納米TiO2的顆粒大小會直接影響其抗紫外性能，粒徑小的顆粒對紫外線的吸收性能強，故整理后棉織物的抗紫外性高。但當TiO2含量過低時所含的粒子數量較少，而含量過高時又會出現粒子團聚，都不利于對紫外線的吸收[12]。

由此可見，在絲素/TiO2復配整理劑中，絲素和TiO2的最佳質量比為15︰4。

圖2　納米TiO2質量濃度對棉整理品性能的影響Fig.2　Effect of Nano TiO2 mass concentration on the properties of cotton fabrics

2.2棉織物整理工藝因素的影響

2.2.1交聯劑(戊二醛)質量濃度和軋余率的影響

戊二醛質量濃度對棉整理品性能的影響如圖3所示。圖3顯示，隨著交聯劑質量濃度的增加，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸提高。在交聯劑質量濃度達到12 g/L時，棉織物的抗皺和抗紫外性能都達到最佳狀態；繼續添加交聯劑，抗皺和抗紫外性能幾乎保持不變。所以經實驗可知，交聯劑的最佳質量濃度為12 g/L。

圖3　戊二醛質量濃度對棉整理品性能的影響Fig.3　Effect of Glutaraldehyde mass concentration on the properties of cotton fabrics

軋余率對棉整理品性能的影響如圖4所示。圖4可見，隨著軋余率的增大，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸提高。這是因為軋余率越大，進入棉織物內部的絲素/TiO2復配整理劑越多，增加了與棉纖維發生交聯的機會。當軋余率達到105%，其抗皺和抗紫外的性能已經達到最佳狀態，之后不再發生變化。所以經實驗可知，最佳的軋余率為105%。

圖4　軋余率對棉整理品性能的影響Fig.4　Effect of liquor detention on the properties of cotton fabrics

2.2.2焙烘溫度和時間的影響

烘焙溫度和烘焙時間對棉整理品性能的影響如圖5和圖6所示。圖5顯示，隨著焙烘溫度的增加，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸提高。但是當焙烘溫度超過130 ℃時，焙烘后的棉織物開始泛黃，不符合整理要求。所以綜合考慮，焙烘的最佳溫度為130 ℃。圖6顯示，隨著焙烘時間的增加，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能逐漸提高。但是當焙烘時間超過120 s時，焙烘后的棉織物開始泛黃，不符合整理要求。所以綜合考慮，焙烘的最佳時間為120 s。

圖5　焙烘溫度對棉整理品性能的影響Fig.5　Effect of baking temperature on the properties of cotton fabrics

圖6　焙烘時間對棉整理品性能的影響Fig.6　Effect of baking time on the properties of cotton fabrics

經最佳工藝(戊二醛交聯劑質量濃度12 g/L，軋余率105%，焙烘溫度130 ℃，焙烘時間120 s)整理，棉整理品的質量指標(如折皺回復角和UPF值)如表1所示。表1顯示，整理后棉織物的折皺回復性能和抗紫外性能均有所提高。

表1　整理前后試樣的折皺回復角和UPF值比較

3　結　論

采用絲素/TiO2復配液整理棉織物，探究整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能的變化，可以發現：在絲素/TiO2復配整理劑中，當絲素質量濃度為30 g/L、TiO2質量濃度為8 g/L、絲素與TiO2的質量比為15︰4時，棉整理品的抗紫外、抗皺性能達到最佳。在后期整理的工藝中，當戊二醛交聯劑質量濃度為12 g/L，軋余率為105%，焙烘時間為120 s，焙烘溫度為130 ℃時，可使棉織物UPF和急彈、緩彈回復角提高到51.31和87.14°、106.53°。由此可知，整理后的棉織物抗皺和抗紫外性能都有較大的提高。

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DOI:10.3969/j.issn.1001-7003.2016.02.003

收稿日期:2015-09-12; 修回日期: 2015-12-28

基金項目:河南省科學技術廳軟科學研究項目(142400411077)

作者簡介:唐志娟(1982—)，女，講師，主要從事服裝結構設計與服裝面料的研究。

中圖分類號:TS195.2

文獻標志碼:A

文章編號:1001-7003(2016)02-0014-05引用頁碼: 021103

Study on influence of silk fibroin/TiO2composites on anti-wrinkle and anti-UV properties of cotton fabrics

TANG Zhijuan

(College of Information and Business, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 451191, China)

Abstract:This paper adopt anhydrous sodium carbonate and sodium hydroxide to treat the unprocessed silk fabric. Silk fibroin is got by degumming, swelling, degrading and other methods, and compounded it with nano-TiO2 particles. Besides, this paper analyzes the influence of different proportions of silk fibroin and TiO2 on anti-wrinkle property and anti-UV property of cotton fabrics and confirms the optimal silk fibroin/TiO2 compound. Finally, the best technological conditions such as the dosage of cross-linking agent, liquor detention, baking temperature and baking time were confirmed. The results show that when the mass ratio of fibroin and TiO2 is 15︰4, anti-wrinkle property and anti-UV property of cotton fabrics will achieve the top state; in the post-treatment process, the best mass concentration of glutaraldehyde cross-linking agent is 12 g/L; the best baking temperature is 130 ℃; the best baking time is 120 s and liquor detention is 105%.

Key words:silk fibroin/TiO2; mass ratio;cotton fabric finish; anti-wrinkle property; anti-UV property