丝素／PEG整理棉织物的性能影响

张占浩

（绵阳市纤维检验所，四川 绵阳621000）

棉织物具有优良的性能，但是未经整理的棉织物抗皱性差，缩水率较大。四川省绵阳市具有大量的蚕茧资源，近年来，以水溶性丝素蛋白为代表的生物整理剂以其安全、无毒以及良好的生物相容性引起人们的关注，其系列产品无毒、无刺激，具有良好的水溶性［1－2］。现在织物朝着绿色和环保方面发展，生物功能性整理成为发展趋势，可利用现有的资源最大化地提高产品的附加值。

1 实验部分

1.1 材料

原料：纯棉织物。

药品仪器：烧杯（400mL）6个、量筒（100 mL）、玻璃棒、电子天平、氢氧化钠、戊二醛、PEG1000、PEG2000、蒸馏水、氯化镁、恒温烘箱。

1.2 丝素溶液制备

丝素溶液制备过程：脱胶→溶解→过滤→透析→丝素溶液。

称取100g桑蚕茧，在3000mL水中加入15 g Na2CO3，在100℃条件下连续脱胶3次，每次脱胶30min，每次脱胶之后用温水洗净。脱胶之后的丝素放在50℃的条件下烘干，烘干之后的丝素在CaCl2∶C2H5OH∶H2O＝1∶2∶8（摩尔比）的混合溶液中，按照丝素与混合溶液质量比为1∶30，在75℃的条件下溶解［3］。用定性过滤纸，过滤溶解后的丝素溶液。然后用分子量为10000的透析袋，对过滤后的丝素溶液透析，用流动的水透析48h，然后再用蒸馏水透析48h，每6h换一次蒸馏水［2］，得到丝素溶液。

配置3mol／L的盐酸溶液和氢氧化钠溶液，分别量取130mL的丝素溶液倒入6个不同的烧杯中，并缓慢滴加3.5mL的盐酸溶液，边添加边搅拌。然后在水浴锅中水解，水解温度为70℃，水解时间分别为60min、90min、120min，150 min、180min、210min，然后用氢氧化钠溶液中和，使每个烧杯中丝素溶液的pH值为7。

丝素溶液在3口烧杯中搅拌5h，水浴锅的水温控制在70℃，在搅拌结束前10min加入4.5 mL的戊二醛，最后5h加入0.17g MgCl2。

1.3 棉织物的整理

1.3.1 聚乙二醇整理棉织物

取6块长25cm宽15cm的布样分别用17%碱处理10min，再用4%的纯PEG处理，其中1000和2000的PEG处理各一半，再加入戊二醛和氯化镁，其中戊二醛1.2g／1gPEG，氯化镁0.08g／1gPEG，分别浸渍在6个烧杯里，浴比1∶30，每隔15min挤一次再浸泡，重复浸渍2h，水洗再80℃烘5min，之后在120℃烘3min［4－5］。用水洗去表面残留的丝素溶液，然后把布样放在鼓风机里面烘干。

1.3.2 丝素／聚乙二醇整理棉织物

取6块已退过浆的棉织物，先用17%的碱处理10min，在纯丝素溶液中加入3mol／L的盐酸，在温浴锅降解2h使丝素大分子充分水解，然后加氢氧化钠中和，再分别在6个烧杯中加入0.5%、1%、2%、3%、4%、5% 的 纯 PEG 处 理。其中1000和2000的PEG处理各一半，戊二醛1.2g／1gPEG，氯化镁0.08g／1gPEG，每隔 15 min挤一次再浸泡重复浸渍2h后水洗，再80℃烘5min，然后120℃烘3min。

1.4 性能测试

1.4.1 织物力学性能测试

用Instron强力机测试织物的断裂强度、伸长率。

测试条件：拉伸速度100mm／min，夹距10 mm，织物试样规格20cm×5cm。

1.4.2 织物折皱性能测试

用FAST织物风格仪测试织物的抗弯刚度、折皱回复角。

测试条件：先将试样熨烫平整，再将试样折叠放在固定压力下压5min，然后取出测试，每个样品取10个试样，取平均值，试样规格2cm×2 cm。

1.4.3 织物白度测试

用DataColor测色配色仪测试织物白度。将织物折叠8层测试，测试4次，取平均值。

1.4.4 电镜观察

电子显微镜（SEM）用于观察棉纤维以及整理后棉纤维的表面形貌，所用电子显微镜为日立电子JSM－5600LV扫描电子显微镜，加速电压20kV，测试前样品进行镀金处理。

2 结果与分析

2.1 丝素／PEG整理液对棉织物力学性能影响（见表1）

由表1可知，棉织物经丝素／PEG整理后拉伸断裂强力呈现先增加后降低的趋势。织物的断裂强力随着PEG浓度的增加而逐渐增加，当PEG的浓度达到5%时，织物的断裂强力最大，继续增加时强力降低［6］。原因是PEG浓度太大，使纤维素的交联键数量过多，因而整理剂与纤维素的反应程度增加，使得织物的断裂强力下降。

表1 丝素／PEG对棉织物力学性能的影响

2.2 丝素／PEG对棉织物折皱回复性的影响（见表2）

由表2可以看出，PEG与丝素复配具有协同效应，其折皱回复角随丝素整理剂浓度的增大而提高。这是由于PEG能与丝素和棉发生交联反应，形成棉、PEG、丝素间的网状结构，随着丝素整理剂用量的增加，纤维内的共价交联不断增多，因此棉织物的折皱回复角增大，PEG的浓度超过4%时，其折皱回复角有所下降，这是由于PEG的浓度过高，整理剂粘度过大，大部分丝素分子只能附着在纤维表面，不利于丝素与PEG、棉纤维间发生交联反应，造成织物折皱回复角下降，手感也变硬［7］。从实验结果确定出丝素溶液降解一定的条件下，以戊二醛作为交联剂，以氯化镁作为催化剂的条件下，PEG的浓度为4%时抗皱效果最佳。

表2 丝素／PEG共混对棉织物折皱回复能的影响

2.3 丝素／PEG对棉织物白度的影响（见表3）

由表3可知，经丝素／PEG对整理过的棉织物白度先增加后降低。这可能是因为在聚乙二醇浓度增加时，丝素分子和聚乙二醇分子一部分进入棉纤维空隙与棉纤维交联，一部分进入纤维内部，另一部分被覆在棉织物上，增加了棉织物的光泽和手感，使棉织物的白度增加。但是大量的分子同时进入棉纤维内部时，限制了大分子的进入，经过高温烘焙，破坏了分子的结构，棉织物出现泛黄现象［8－10］。

表3 丝素／PEG对棉织物白度的影响

2.4 电镜分析

2.4.1 由图1和图2可知，未经碱处理过的棉织物的表面比较粗糙，不光滑，有螺旋结构化，有扭曲结构，并呈现许多沟槽。经过17%的碱处理的棉织物其表面纤维充分溶胀，内腔已不易观察，棉纤维素伸直，呈充实丰满状态，并有明显的裂痕，因为润胀过程中分子间的氢键被削弱，释放出部分羟基，使纤维素内表面增加，链的定向排列遭到破坏，从而呈现疏松状态。

2.4.2 由图3可知，经过纯丝素整理过的棉纤维在纤维内形成网络结构，使纤维变得更加饱满，并没有使纤维的直径发生变化，因为交联是在碱处理的基础上进行的，所以直径与碱处理棉织物比较接近。

2.4.3 由图4可知，经过纯PEG整理过的棉织物，其纤维结构表面变得粗糙且体积膨大，已与碱纤维素的形貌全然不同。

2.4.4 图5是经过丝素与聚乙二醇整理过的棉纤维结构纤维经过交联后，二者在纤维内形成网络结构，原来的裂痕消失，使纤维变得更加饱满，并呈现束状［11］。

3 结论

棉织物经丝素／PEG整理后拉伸断裂强力呈现先增加后降低的趋势，当PEG的浓度达到5%时，织物的断裂强力最大，继续增加强力降低；PEG与丝素复配具有协同效应，其折皱回复角随丝素整理剂浓度的增大而提高，当PEG的浓度超过4%时，其折皱回复角有所下降。通过电镜观察，可以看出棉纤维的纵向比较粗糙，有很多凹槽，碱处理后纤维直径经过17%的碱处理过的棉织物其表面纤维充分溶胀，内腔已不易观察，棉纤维素伸直，呈充实丰满状态，光滑。棉纤维经过交联后，形成网络结构，原来的裂痕消失，使纤维变得更加饱满，并呈现束状。

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