棉织物的丝胶整理及其相关性能研究

李克弯，邢铁玲，盛家镛，陈国强，孙 林，孙道权，潘世俊(1.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 21512；2.苏州大学 a.纺织服装工程学院，江苏 苏州 215021；b.材料与化工学部，江苏 苏州 21512；.鑫缘茧丝绸集团股份有限公司，江苏 海安 226600)

棉织物的丝胶整理及其相关性能研究

李克弯1，2a，邢铁玲1，2a，盛家镛2a，陈国强1，2a，孙 林2b，孙道权3，潘世俊3
(1.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123；2.苏州大学 a.纺织服装工程学院，江苏 苏州 215021；b.材料与化工学部，江苏 苏州 215123；3.鑫缘茧丝绸集团股份有限公司，江苏 海安 226600)

为利用丝胶独特的性能改善棉织物的服用性能，以BTCA为交联剂，采用轧烘焙的方法用丝胶对纯棉织物进行整理。经傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)分析，证明在高温条件下，丝胶交联固着在织物表面。可用柠檬酸钠和酒石酸钠混合代替次亚磷酸钠作为BTCA的催化剂。整理后棉织物的吸湿、放湿及保温性能有明显提高。

丝胶；BTCA；棉织物；服用性能

蚕丝主要成分是丝素和丝胶，丝胶约占蚕丝质量的20 %～30 %[1]。在传统的丝绸加工过程中，脱去的丝胶大部分作为废液排除。丝胶蛋白是一种水溶性的球状蛋白，由18种氨基酸组成(其中丝氨酸和天冬氨酸分别占33 %和17 %)。组成丝胶的多数氨基酸含有羟基、羧基、氨基等极性较强的侧基，总量约占2/3[2]。丝胶具有许多优良的性能，其分子质量从几万到30多万不等，分子质量小的丝胶肽及其水解产物具有优异的吸湿、放湿性能和抗氧化能力。近年有研究表明，分子质量较大的丝胶肽可用于合成纤维、天然纤维或合成皮革等材料的表面改性，有效防止化学材料与皮肤的直接接触，避免化学材料对皮肤的不良刺激，可广泛应用于床上用品、连袜裤、内裤、汗衫、婴儿内衣、尿布、尿不湿无纺布、人造革靠椅等[3]。

本实验使用不同类型的交联剂对丝胶在棉织物上进行整理，结果表明1，2，3，4-丁烷四羧酸(BTCA)使丝胶在棉织物上有明显的增重，多次水洗后仍能保持4 %以上的增重率。传统的BTCA催化剂次亚磷酸钠因为含磷而在使用上受到限制，本研究采用硝酸钠、混合催化剂(柠檬酸钠和酒石酸钠1∶1)替代含磷催化剂，并测试了丝胶整理后棉织物的结构变化及吸放湿、保温等相关服用性能。

1 实验部分

1.1 材料和药品

纯棉平纹织物(30 mm×30 mm/15 mm×15 mm，南通第一印染厂)，丝胶粉(分子质量18 000～25 000 Da，

式中：整理前试样干燥质量m0；整理后试样干燥质量m1。

1.3.2.2 白度测试

按照GB/T 17644－1998《纺织纤维白度色度实验方法》，在WD-5白度仪上测定，测定5次，取平均值。

1.3.2.3 扫描电镜(SEM)分析

在扫描电镜(SEM)上对待测试样进行观察。

1.3.2.4 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

将样品在NICOLET5700型智能型傅立叶红外光谱仪(美国NICOLET公司)上进行分析。

1.3.2.5 吸湿放湿性测试

1.3.2.6 保温性能测试

根据GB/T 11048－1989《纺织品保温性能试验方法》(A法：平板式恒定温差散热法)，0～50 ℃条件下对实验试样进行保温性能测试。方法如下：在标准大气条件下[(20±2) ℃，(65±2)%]调湿24 h，每种试样各取3块，试样尺寸为30 cm×30 cm，预热30～60 min，测定5个加热周期，读取数据。

计算公式：

式(1)中：Q为保温率，%；Q1为无试样散热量，W/C；Q2为有试样散热量，W/C。

式(2)中：U2为试样传热系数，W/m2•℃；Ubp为无试样时传热板传热系数，W/m2•℃；U1为有试样时传热板传热系数，W/m2•℃。

传热系数越小，表示织物的绝缘性或保暖性越好；反之，表示保暖性越差。

1.3.2.7 强力测试

2 结果与分析

2.1 整理工艺分析

2.1.1 交联剂的影响

在本实验中，尝试利用高温交联剂丁烷四羧酸BTCA，以及低温交联剂AF6900、TF569和TEP将丝胶固着在纯棉织物的表面。实验结果如表1所示，BTCA能使丝胶在棉织物上有稳定增重，并耐水洗；而几类交联剂对纯棉织物有初增重，一次水洗后均有明显失重，因此无固着。

2.1.2 催化剂的影响

BTCA被公认为最理想的棉织物无甲醛整理剂[4-5]。丝胶涂层是由丝胶、多元羧酸和纤维素纤维发生化学反应产生的化学键固着，多元羧酸在催化剂的作用下脱水生成酸酐，酸酐进一步与纤维素纤维上的羟基或者丝胶上的氨基或羟基发生酯化交联，从而将丝胶固着在棉织物表面。

表1 不同交联剂对丝胶在棉织物上的增重效果及牢度影响Tab.1 Weighting and Fastness of Sericin on Cotton Fabric by Different cross Linker

用多元羧酸对织物进行整理，催化剂是关键，实验比较了次亚磷酸钠、硝酸钠和混合催化剂(柠檬酸钠和酒石酸钠)3种催化剂的效果。其对棉织物增重率及白度的影响如表2所示。用BTCA作为交联剂，织物增重且经水洗后损失不大，对织物白度影响不大。由表2可以看出，硝酸钠作催化剂对织物白度影响显著，明显发黄。混合催化剂可以很好地代替次亚磷酸钠，以减少含磷化合物排放。

表2 催化剂对丝胶整理后棉织物增重率的影响Tab.2 Weighting of Cotton Fabric Finished with Sericin by Different Catalyst

2.2 整理品形态结构与性能分析

2.2.1 SEM分析

棉织物在丝胶整理前后的SEM照片如图1所示。可以观察到：未经整理的纤维表面光滑；BTCA整理后的纤维表面略微粗糙，有间断的、细长的凹痕；而经丝胶整理后的纤维表面有明显的、均匀的堆积物。这说明丝胶已固着在织物的表面[6]。

图1 丝胶整理前后纯棉织物的SEM图Fig.1 SEM Micrographs of Cotton Fabric before and after Finished with Sericin (×5000)

2.2.2 红外光谱分析

棉织物在丝胶整理前后的红外谱图如图2所示。对比丝胶整理后纯棉织物(1)和仅由BTCA整理后的纯棉织物(2)的图谱，均在1 726 cm-1附近出现强烈的吸收峰，这主要可能是未反应的羧酸基或BTCA在反应过程形成的酸酐所造成；BTCA＋丝胶整理后的棉织物谱图在1 660 cm-1附近有一处明显的微小峰，据此可推知1 660 cm-1附近出现的峰是整理后固着在棉织物表面上的丝胶的酰胺基团的峰[7]。

图2 丝胶整理前后纯棉织物的FT-IR图谱Fig.2 FT-IR Spectrogram of Cotton Fabric before and after Finished with Sericin

2.2.3 吸湿放湿性能分析

1.管理模式陈旧，难以满足规模化、产业化的现代畜牧业发展需要。一方面，随着我国市场经济逐步深化，散养户一年到头不但没有经济效益，而且抵御风险能力差，一旦出现生猪市场不景气就有可能亏本，这样就迫使农村很大一部分农民宁愿外出打工也不愿养猪，结果导致农村散养户锐减，传统的千家万户散养模式正在瓦解。另一方面，随着人们物质生活水平的日益提高，人们对肉类（在我国主要指猪肉）食品需求量不断扩大，现代生猪生产的任务愈来愈重，从而造就了越来越多的规模饲养户。

吸放湿性能是服装面料的重要指标，其在大气中吸收水分的性能称为吸湿性，而在湿态时放出水分的性能称为放湿性。吸放湿性主要取决于纤维的性质，可以调湿保湿，防止皮肤干燥、瘙痒。根据图3可知，经丝胶整理后纯棉织物的吸放湿性能明显好于未经丝胶整理的棉织物。这主要是因为丝胶是由氨基酸组成的，氨基酸中含有大量的影响吸湿能力的亲水基团，如羟基(－OH)、羧基(－COOH)等，它们都很容易与水分子结合，因而能有效改善织物的穿着舒适性。

图3 丝胶整理前后对纯棉织物吸湿放湿性能的影响Fig.3 Moisture Absorption and Moisture Release of Cotton Fabric before and after Finished with Sericin

2.2.4 保温性能分析

织物的保暖性取决于织物传递热量的能力，影响织物保暖性的因素主要有：纤维的导热性和织物的蓬松性。

根据表3中的数据可得出：BTCA整理后的纯棉织物保温率由15.82 %降为14.79 %，下降了1.03个百分点，克罗值由0.127 3降为0.087 1，下降了0.040 2，传热系数由50.78 W/m2•℃增到74.15 W/m2•℃，增加了23.37 W/m2•℃；而BTCA＋丝胶整理后的纯棉织物保温率、克罗值分别增为17.98 %和0.148 5，分别增加了2.16个百分点和0.021 2，传热系数降低了7.32 W/m2•℃。保温率、克罗值越大，说明织物的保暖性越好；传热系数越低，说明保暖性越差。通过实验证明，经丝胶整理后的纯棉织物保温率和克罗值增加，传热系数下降，说明经丝胶整理后的纯棉织物保暖性提高。

表3 织物的保温性能测试Tab.3 Testing of Heat Preservation of Cotton Fabric

2.2.5 断裂强度分析

3 结 论

1)通过对不同交联剂的筛选后得出，BTCA可用作丝胶对纯棉织物整理的交联剂，红外、SEM电镜测试分析表明丝胶已在棉织物表面形成固着。

2)可用混合催化剂(酒石酸钠∶柠檬酸钠为1∶1)替代次亚磷酸钠，以减少含磷化合物的排放。

3)经丝胶整理后的棉织物在吸放湿性能、保温性能方面都有提高，改善了服用舒适性能；对白度的影响不显著，不会影响后续染色加工。

[1]苏州丝绸工学院.制丝化学[M].北京：纺织工业出版社，1990：71-72.

[2]陈华，朱良均，闵思佳，等.蚕丝丝胶蛋白的利用研究[J].东华大学学报：自然科学版，2002，28(3)：132-135.

[3]相入丽，张雨青，阎海波，等.蚕丝丝胶蛋白的抗氧化作用[J].丝绸，2008，23(5)：23-27.

[4]王金秀，徐卫林，来侃，等．纤维素纤维棉织物的无甲醛整理[J].纺织科技进展，2005(l)：47-50.

[5]刘建薪，华载文.无甲醛抗皱整理剂的现状和发展前景[J].广西纺织科技，2001，30(1)：40-43.

[6]刘义绘，陈国强.用丝胶对棉织物改性及检测鉴定[J].蚕业科学，2007，33(3)：433-436.

[7]吴瑾光.近代傅里叶变换红外光谱技术及应用(上卷) [M].北京：科学技术文献出版社，1994：122-123.

[8]阎克路.染整工艺学教程[M].北京：中国纺织出版社，2005：357-358.

Study on the Finishing of Cotton Fabric with Sericin and Its Related Properties

LI Ke-wan1,2a, XING Tie-ling1,2a, SHENG Jia-yong2a, CHEN Guo-qiang1,2a, SUN Lin2b, SUN Dao-quan3, PAN Shi-jun3
(1.National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China; 2a.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2b.Materials and Chemical Engineering Academy, Soochow University, Suzhou 215123, China; 3.Xin Yuan Cocoon Silk Group Co., Ltd., Haian 226600, China)

In order to take the advantage of the specific property of sericin to improve wear property of cotton fabric, cotton fabric was finished with sericin using BTCA as crosslinking agent by pad-dry-cure process. Fourier Transform Infrared Spectrophocopy (FT-IR) and SEM confirmed that sericin was fixed on the surface of cellulose at high temperature. Compound of sodium tartrate and sodium citrate was an ideal substitute for sodium hypophosphite as catalyst for BTCA. The moisture absorption, moisture release and heat preaervation of finished cotton fabric were remarkably increased.

Sericin; BTCA; Cotton fabric; Wear property

TS190.641

A

1001-7003(2010)09-0011-04

2010-01-12；

2010-03-11

国家科技支撑计划项目(2007BAD72B04)；江苏省科技支撑计划项目(BE2009424)

李克弯(1985－ )，男，硕士研究生，研究方向为丝胶提取及应用的研究。通讯作者：陈国强，教授，博导，chengguojiang@suda.edu.cn。