不同脱胶除油工艺对丝绵性能影响的研究

封宝山，林海涛，蒋 芳，黄继伟，宁晚娥，陶立全

(1.柳州市产品质量监督检验所，广西柳州545006;2.国家茧丝绸产品质量监督检验中心(柳州)，广西柳州545006;3.广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州545006)

以天然蚕丝纤维为原料的丝绵，具有轻柔、保暖性好等独特优点，用其制成的丝绵被深受消费者喜爱[1-2]。但传统丝绵被弹性差，使用一段时间后需重新翻拆才能维持较好的保暖效果，直接影响了丝绵被的质量和使用效果，也成为影响市场消费的障碍之一[2-3]。衡量丝绵内在质量因素有含油率、压缩回弹性、含胶率、断裂强度和回潮率等技术指标，通过工艺改进实现丝绵性能的改善已经成为当前主要的研究课题。

缫丝汰头是丝绵主要加工原料之一，价格低廉且具有优质丝绵的全部优点，目前企业主要采用皂碱法对丝绵进行脱胶除油[3-4]。这种处理方法碱用量大、处理时间长、蛹油清除不彻底、易产生沉淀，同时对丝绵的损伤也较大。另一方面，该方法易导致丝绵在使用过程中出现板结、收缩等现象，严重影响了丝绵的吸湿性、透气性和保暖性。此外，蛹油的存在使丝绵有一股难闻的气味，影响丝绵光泽、手感及使用 因此亟待开发一种新的缫丝汰头脱胶除油处理工艺，使丝绵洁白、不板结、弹性好、无异味。研究发现[5-10]，采用酸、高温高压、酶处理等方法在一定条件下都能实现丝绵的性能处理，但是这些方法会导致丝绵的性能遭到破坏。本研究为克服现有丝绵除油生产工艺技术上的不足，采用有机溶剂6号轻汽油通过浸出法处理丝绵，探讨了先脱胶后除油的丝绵和先除油后脱胶的丝绵的性能变化，同时利用红外光谱和扫描电镜对不同丝绵结构进行了分析表征。

1 实验

1.1 材料及仪器

未处理丝绵a(广西融安县金鼎制丝有限责任公司)，先脱胶后除油的丝绵b(实验室处理)，先除油后脱胶的丝绵c(实验室处理)。

仪器:BSA224S电子天平(常州市幸运电子设备有限公司)，YG(B)001A电子单纤维强力机(温州大荣纺织仪器有限公司)，WSB-3A白度计(温州大荣纺织仪器有限公司)，Quanta600F扫描电镜(美国FEI公司)，傅里叶红外光谱仪(美国PE公司)。

1.2 方 法

1.2.1 含胶率测试

丝绵含胶率测定按照国家标准GB/T 1798—2008《生丝》中测蚕丝含胶率的方法进行测试表征。

1.2.2 含油率测定

丝绵含油率是丝绵表面吸附的油剂质量对未经处理丝绵干重的百分率，采用索氏萃取法[10]进行处理。含油率按下式计算:

式中:a为试样含油率，%;m1为脱胶除油处理后试样干重，g;m2为石油醚处理后试样干重，g;m为未经任何试剂处理的试样干重，g。

1.2.3 压缩回弹性测试

将5g丝绵试样扯松，均匀地喂入圆筒内。用钩杆将轻负荷轻轻地插入圆筒，压在丝绵上。稍停片刻，获得纤维块体的初始高度h0。加入重负荷作用1min后，获得纤维块体压缩变形后高度h1。去除负荷，待一定时间(15s)获得纤维块体去除负荷后回复的高度，用h15表示。利用公式(2)计算出纤维的压缩变形率ε(%);利用公式(3)计算出纤维的15s压缩弹性恢复率Zp15(%)。

式中:h0为纤维层初始高度，mm;h1为重负荷压缩后高度，mm;h15为去除负荷后恢复15s的高度，mm。

1.2.4 断裂强力测试

丝绵单纤维断裂强力在YG(B)001A电子单纤维强力机上进行测试，其中试样夹持长度10mm，拉伸速度10mm/min，预张力0.1 cN，温度(20±2)℃，相对湿度(65±5)%。

1.2.6 回潮率测试

丝绵回潮率按照国家标准 GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定》进行测试。

1.2.7 结构表征

脱胶除油前后丝绵纤维剪成细小粉末，粉末样品与KBr充分研磨混合，选取波数500～4 000 cm－1，分辨率4 cm－1对丝绵进行红外光谱测试。

采用美国FEI公司Quanta600F场发射扫描电镜放大5 000倍以上，观察丝绵的微观表面形态。

2 结果与讨论

2.1 试样的性能变化

表1为未处理丝绵a、先脱胶后除油处理丝绵b和先除油后脱胶处理丝绵c的性能评价指标。

表1 不同样品的性能指标Tab.1 Performance indexes of different samples

从表1可以看出，与未处理丝绵相比，处理后丝绵白度、压缩率及回弹率明显提高，而其含油率、含胶率、回潮率和断裂强力则降低。先脱胶后除油处理丝绵的含油率、含胶率、压缩率及断裂强力大于先除油后脱胶处理的丝绵。先脱胶后除油处理丝绵回弹率及回潮率小于先除油后脱胶处理的丝绵。先脱胶后除油处理丝绵白度要大于先除油后脱胶处理的丝绵，这是由于先脱胶后除油工艺中双氧水用量以及处理温度比先除油后脱胶工艺中高所导致的。丝绵脱胶除油处理后蛹油已经基本除净，含油率远小于国家标准中特级品含油率0.5%，丝绵的含油率越低，蛹油残留在丝绵上的异味越少，这有利于丝绵被内在质量的提升 未处理丝绵的压缩率为 经过处理后丝绵压缩率分别为45.56%和42.18%。丝绵的压缩率在一定程度上反映其膨松性的大小，一般压缩率越大，膨松性越好，这表明丝绵膨松性比未处理丝绵明显增加。未处理丝绵回弹率为53.46%，先脱胶后除油丝绵的回弹率为90.2%，先除油后脱胶丝绵回弹率为92.14%。丝绵的回弹率表示试样被压缩后回复原状能力[4]，这表明处理后丝绵比普通丝绵弹性有了很大程度的提高。从表1可得出经先除油后脱胶处理和先脱胶后除油处理后丝绵的回潮率分别为10.76%和11.45%，符合国家标准GB/T 24252—2009《蚕丝被》中回潮率≤12%的要求。为了评价丝绵柔软性，采用单纤维电子强力仪，从丝绵中抽取20根测定丝绵的断裂强度，通过断裂强度与面积可以计算丝绵模量。对丝绵的柔软性至今为止还未见准确测试方法，其中测定丝绵模量可以在一定程度上来评价丝绵柔软程度。从表1数据可以看出，处理后丝绵的强度低，说明弹性膨松丝绵容易发生变形，有极好的柔软性。所以，选择丝绵脱胶除油方法是完全合理可行的。

为进一步验证丝绵脱胶后的效果，利用苦味酸胭脂红试剂与丝绵显色反应来进行判断。当丝胶脱尽时，丝绵在苦味酸胭脂红试剂作用下呈黄色。当丝胶没有被脱尽时，丝胶会被胭脂红染成红色。从图1所示丝绵显色反应可以看到，丝绵呈浅红色，而脱胶处理后的丝绵为黄色。这说明丝绵中存在大量丝胶，而经过脱胶处理后丝绵中的丝胶已经基本脱尽，该照片进一步证明脱胶后丝绵数据结果的可靠。

2.2 试样的红外光谱分析

图1 脱胶处理前后的丝绵照片Fig.1 Photos of silk floss before and after degumming

图2 丝绵的红外光谱曲线Fig.2 Infrared spectrum curves of silk floss

图2是丝绵样品及经过处理后丝绵样品的红外光谱图。由图2(a)可知，未处理丝绵样品在1 620、1 514、1 230、1 053 和680 cm－1处存在吸收峰。根据红外吸收频率与蛋白质分子构象的关系[1，4-7]，丝绵的红外光谱峰值分别在蛋白质酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ、酰胺Ⅲ和酰胺Ⅴ的β-折叠特征峰范围附近，由此推断丝绵及处理后丝绵的分子构象以β-折叠结构为主。从图2(b)可知，先脱胶后除油处理后丝绵样品的红外光谱谱图未发生明显变化。从图2(c)可知，先除油后脱胶处理后丝绵样品在1 620、1 514和1 229cm－1处特征吸收峰明显。从以上3组数据对比可以得出，不同工艺处理后丝绵样品的含量未发生明显改变，其中先除油后脱胶工艺处理后的丝绵样品的吸收峰强度增加。

2.3 试样的微观形貌变化

图3 不同样品的电镜图片Fig.3 SEM photos of differentsamples

为研究不同脱胶除油工艺下丝绵表面微观形貌的变化，选取不同丝绵试样做喷金处理后观察丝绵的表面形态变化。图3分别为未脱胶除油处理丝绵、脱胶后除油处理的丝绵和先除油后脱胶处理的丝绵的微观形貌变化。图3(a)样品表面十分的粗糙，有许多白色斑点，出现这种情况可能是缫丝汰头加工成丝绵过程中加入大量碱，导致丝绵表面丝胶部分去除不完全、脱胶不均匀因而导致丝绵表面十分粗糙。图3(b)丝绵表面工整平滑。图3(c)纤维表面比较平滑，有少量的白点，可能是因为脱胶剂未洗干净导致。

3 结论

采用有机溶剂6号轻汽油通过浸出法工艺处理丝绵，研究发现，与未处理丝绵相比，处理后丝绵白度、压缩率及回弹率明显提高，而其含油率、含胶率、回弹率和断裂强力则降低。先脱胶后除油处理丝绵的含油率、含胶率、压缩率及断裂强力大于先除油后脱胶处理的丝绵。先脱胶后除油处理丝绵的回弹率及回潮率小于先除油后脱胶处理的丝绵。

处理后丝绵的含油率＜5%，压缩率＞42%，回弹率＞90%，回潮率＜12%，说明选择丝绵脱胶除油工艺方法是完全合理可行。苦味酸胭脂红试剂与丝绵显色反应确定脱胶处理后丝绵为黄色，丝绵中的丝胶已经基本脱尽，证明脱胶后丝绵数据可靠。

新工艺生产的弹性丝绵由于采用特殊的工艺技术，其微观结构未发生明显变化，该工艺方法为推广应用新生产工艺创造了有利的条件。

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