β-環(huán)糊精接枝棉織物的研究

（邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院服裝工程系，河北邢臺 054000）

隨著生活水平的不斷提高，人們對紡織品的要求不再局限于穿著舒適美觀，對附加功能提出了更多要求。日常生活中會碰到令人不適的氣味，如汗臭味、體臭味、油煙味等，不僅難聞，還可能危害人體健康，這促進了防臭型功能織物的發(fā)展［1-2］。β-環(huán)糊精具有疏水空腔結(jié)構(gòu)，不僅可以緩慢釋放包合在內(nèi)部的芳香物質(zhì)掩蓋臭味，還可以通過空腔包合臭氣分子，達到除臭效果［3-4］。目前β-環(huán)糊精接枝棉織物的研究集中在消臭性能方面，而對染色棉織物顏色參數(shù)影響的研究較少［5-6］。本實驗以丁烷四羧酸（BTCA）為交聯(lián)劑，次亞磷酸鈉為催化劑制備β-環(huán)糊精接枝棉織物，以接枝率為指標優(yōu)化β-環(huán)糊精接枝工藝，測定接枝棉織物的吸氨性能，并研究接枝對活性染料染色棉織物顏色參數(shù)的影響。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：純棉漂白機織物，β-環(huán)糊精（天津市大茂化學(xué)試劑廠），BTCA（分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司），次亞磷酸鈉（分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠），酚酞、氨水、無水乙醇、硫酸、氯化銨、酒石酸鉀鈉（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司），納氏試劑、水（實驗室自制）。

儀器：HG-TC200B 染色機（廣州鴻靖實驗設(shè)備有限公司），PBI 型橫式軋染機（廈門瑞比精密機械有限公司），Speclmm GX 型紅外光譜儀（美國PE 公司），YB571-Ⅱ型染色牢度摩擦儀（常州市中纖檢測儀器設(shè)備有限公司），Datacolor 650 測色配色儀（美國XRite 公司），YG461E 型織物透氣量測試儀（寧波大禾儀器有限公司），LFY-201D 型織物強力機（山東省紡織科學(xué)研究院）。

1.2 β-環(huán)糊精接枝工藝

二浸二軋（β-環(huán)糊精0～60 g/L，BTCA 0～60 g/L，次亞磷酸鈉0～30 g/L，帶液率約80%）→預(yù)烘（70 ℃，3 min）→焙烘（140～190 ℃，1～6 min）→熱水洗（65 ℃，5 min，2次）→冷水洗→烘干。

1.3 活性染料染色工藝

將棉織物放入2%的活性染料（活性紅M-3BF、活性黃3RS、活性藍KN-B）溶液中，浴比1∶30，60 ℃保溫15 min 后加入40 g/L NaCl，繼續(xù)保溫15 min，然后升溫至90 ℃，加入15 g/L 純堿，保溫30 min，取出棉織物，經(jīng)過冷水洗、熱水洗、皂煮、水洗、烘干，得到活性染料染色棉織物。

1.4 測試

接枝率：準確稱取0.5 g β-環(huán)糊精接枝棉織物，室溫下在50 mL 0.1 mol/L 的NaOH 溶液中浸泡48 h后取出，取10 mL 浸泡液用鹽酸中和，然后取2 mL 中和液、2.5 mL 酚酞標準溶液和5 mL 緩沖溶液于25 mL容量瓶中，稀釋至標準刻度并靜置30 min，測試稀釋液在553 nm 處的吸光度，帶入標準曲線方程計算棉織物上β-環(huán)糊精的質(zhì)量。接枝率=β-環(huán)糊精質(zhì)量/β-環(huán)糊精接枝棉織物質(zhì)量×100%。

消氨臭性：參考GB/T 14668—1993《空氣質(zhì)量氨的測定納氏試劑比色法》測試。

顏色參數(shù)：利用測色配色儀測定K/S值、明度L、彩度H、艷度C和色差ΔE。

色牢度：參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度測試耐摩擦色牢度》、GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗評定沾色用灰色樣卡》、GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》、GB/T 8424.1—2001《紡織品色牢度試驗表面顏色的測定通則》進行測試。

手感：采用手觸摸法測定，未整理棉織物定為1級，最佳手感為5級，多次測量取平均值。

斷裂強力：參考GB/T 3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1 部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》測試。

白度：參考GB/T 8425—1987《紡織品白度的儀器評定方法》測試。

透氣性：參考GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 β-環(huán)糊精接枝工藝優(yōu)化

2.1.1 β-環(huán)糊精用量

由圖1 可以看出，當(dāng)β-環(huán)糊精用量小于40 g/L時，隨著用量增加，接枝率明顯增大，這是由于參與交聯(lián)反應(yīng)的β-環(huán)糊精分子持續(xù)增加，與BTCA 中羧基反應(yīng)生成的酯鍵增加，接枝率明顯增大；當(dāng)用量大于40 g/L 時，進一步增加用量，接枝率增幅變小，這是由于BTCA 與β-環(huán)糊精的交聯(lián)達到飽和［7］。綜合考慮，β-環(huán)糊精用量設(shè)置為40 g/L。

圖1 β-環(huán)糊精用量對接枝率的影響

2.1.2 BTCA 用量

由圖2 可知，隨著BTCA 用量增加，接枝率明顯增大，這是由于BTCA 含有4 個羧基，BTCA 用量越大，與棉織物纖維和β-環(huán)糊精上的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)的概率越大，接枝率也越大；當(dāng)用量大于50 g/L 時，接枝率趨于穩(wěn)定。本實驗BTCA 用量設(shè)置為50 g/L。

圖2 BTCA 用量對接枝率的影響

2.1.3 催化劑用量

由圖3 可知，隨著次亞磷酸鈉用量增加，接枝率先增大后減小，這是由于次亞磷酸鈉可催化BTCA 生成酐，促進交聯(lián)反應(yīng)。次亞磷酸鈉用量越多，交聯(lián)反應(yīng)越充分，接枝率越大；當(dāng)用量過高時，焙烘釋放的堿性物質(zhì)中和多元羧酸，使參與反應(yīng)的BTCA 減少，接枝率減小。本實驗次亞磷酸鈉用量設(shè)置為20 g/L。

圖3 催化劑用量對接枝率的影響

2.1.4 焙烘溫度

焙烘溫度對接枝率的影響見圖4。

圖4 焙烘溫度對接枝率的影響

由圖4 可知，接枝率隨著焙烘溫度升高而增大，170 ℃后趨于穩(wěn)定。這是由于溫度較低時，BTCA 更容易與棉織物纖維發(fā)生反應(yīng)，β-環(huán)糊精未與BTCA 交聯(lián)而直接滲透到棉織物纖維中，與棉織物纖維的結(jié)合力較弱；溫度升高時，BTCA 上相鄰羧基脫水形成酸酐，并與棉織物纖維及β-環(huán)糊精上的羥基反應(yīng)，增大了與β-環(huán)糊精的結(jié)合力；當(dāng)溫度過高時，BTCA 使棉織物纖維劇烈水解，β-環(huán)糊精與棉織物的結(jié)合力減弱，另外，過高的焙烘溫度也會使棉織物的機械性能下降。本實驗焙烘溫度設(shè)置為170 ℃。

2.1.5 焙烘時間

由圖5 可看出，接枝率隨焙烘時間延長而增大，4 min 后趨于穩(wěn)定。因為隨著焙烘時間的延長，BTCA上相鄰羧基脫水形成酸酐，并與棉織物纖維及β-環(huán)糊精上的羥基反應(yīng)，但過長的焙烘時間使棉織物纖維的機械強度下降。本實驗焙烘時間設(shè)置為4 min。

圖5 焙烘時間對接枝率的影響

2.2 染色效果

由表1 可以看出，活性黃3RS 染色棉織物經(jīng)接枝后ΔE最大，活性藍KN-B 染色棉織物經(jīng)接枝后ΔE最小。接枝后染色棉織物的K/S值均小于接枝前，這是由于呈酸性的BTCA 使染色棉織物上的部分染料水解，棉織物顏色變淺。

表1 活性染料染色棉織物經(jīng)β-環(huán)糊精接枝前后的顏色參數(shù)

2.3 FT-IR

由圖6 可知，未接枝棉織物在3 400 cm-1處的寬峰對應(yīng)O—H 的伸縮振動，2 900 cm-1處的特征峰對應(yīng)C—H 的伸縮振動，1 400 cm-1處的特征峰對應(yīng)C—H的搖擺振動，1 360 cm-1處的特征峰對應(yīng)C—H 的彎曲振動，1 650 cm-1處的特征峰對應(yīng)C=O 的伸縮振動，1 250 cm-1處的特征峰對應(yīng)C—O 的伸縮振動［8］。β-環(huán)糊精接枝棉織物的FT-IR 光譜和未接枝棉織物類似，這是由于棉織物纖維和β-環(huán)糊精結(jié)構(gòu)類似。相比未接枝棉織物，β-環(huán)糊精接枝棉織物在1 600～1 730 cm-1處的特征峰增加，主要是由于BTCA 中的羧基和棉織物纖維中的羥基反應(yīng)形成酯基［9］。

圖6 未接枝棉織物(a)和β-環(huán)糊精接枝棉織物(b)的FT-IR 譜

2.4 吸氨消臭

與未接枝棉織物相比，β-環(huán)糊精接枝棉織物的氨氣吸附量明顯增加，吸氨量為49.77 μg/g。這是由于接枝到棉織物上的β-環(huán)糊精具有空腔結(jié)構(gòu)，氨氣分子體積較小，單個或多個氨氣分子很容易被β-環(huán)糊精的空腔吸附，增加棉織物對氨氣的包合能力；另外，氨氣分子與β-環(huán)糊精還存在分子間相互作用，從而達到吸氨消臭效果。

2.5 色牢度

由表2 可以看出，在β-環(huán)糊精接枝前后，活性紅M-3BF、活性黃3RS、活性藍KN-B 染色棉織物的耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度（沾色牢度以及褪色牢度）都基本不變，表明β-環(huán)糊精接枝對染色棉織物的色牢度影響不大。

表2 活性染料染色棉織物經(jīng)β-環(huán)糊精接枝前后的色牢度

2.6 其他性能

由表3 可以看出，β-環(huán)糊精接枝后，棉織物的手感由1 級升為5 級，白度幾乎沒有變化，經(jīng)向和緯向斷裂強力分別由776、528 N 降為732、487 N，透氣性由176 mm/s降為128 mm/s。

表3 β-環(huán)糊精接枝前后棉織物的其他性能

3 結(jié)論

β-環(huán)糊精接枝棉織物優(yōu)化工藝：β-環(huán)糊精40 g/L，BTCA 50 g/L，次亞磷酸鈉20 g/L，170 ℃焙烘4 min。接枝棉織物的吸氨量為49.77 μg/g，遠高于純棉織物，接枝棉織物活性染料染色后的K/S值下降，染色牢度基本不變。