盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物性能的影响

林燕萍

江西服装学院服装管理分院(中国)

棉织物因舒适柔软、成本低廉等特点，备受消费者的青睐。然而，棉织物弹性较差，容易折皱起痕，且不易回复，严重影响织物的美观及服用性能［1］。近年来，不少研究者通过对棉纤维进行接枝改性，在很大程度上改善了棉织物的服用性能，如，文献［2］介绍了采用壳聚糖对棉纤维进行接枝改性，提高了棉织物的折皱回复率;文献［3］介绍了采用壳聚糖与AgCl-TiO2对棉织物进行接枝改性，改性后的棉织物对大肠埃希菌具有较好的抗菌效果;文献［4］介绍了采用TiO2对棉纤维进行改性，极大地提高了棉纤维的透气性、手感和保暖性能。本文采用盐酸对羊毛角蛋白进行水解，然后采用水解后的羊毛角蛋白对棉织物进行改性整理，并测试改性整理后织物的主要性能，寻找较佳的羊毛角蛋白水解时间。研究旨在为棉织物性能改良提供一定的参考依据。

1 试验部分

1.1 试验材料

普梳纯棉中平织物(经、纬纱线密度为27.8 tex× 27.8 tex，经、纬密为480根/10 cm×320根/10 cm，幅宽为112 cm，郑州华润纺织服饰有限责任公司)、脱脂羊毛(羊毛平均直径为17.68 μm，加权平均长度为68 mm，天津东亚毛纺厂集团有限公司)、丙酮(东莞市新都化工有限公司)、尿素(廊坊鹏彩精细化工有限公司)、十二烷基硫酸钠(淄博俱进化工有限公司)、硫化钠(无锡市沃涛化工产品有限公司)、盐酸(苏州市博洋化学品有限公司)、氢氧化钠(天津市海川化工有限公司)、戊二醛(郑州优然化工有限公司)、氯化镁(山东万利通实业有限公司)、硅胶干燥剂(南京特广新材料有限公司)，以上化学试剂均为分析纯。

1.2 试验仪器

DHG-9240A型立式鼓风干燥箱(上海和呈仪器制造有限公司)、SDH05型恒温恒湿试验箱(上海建恒仪器有限公司)、JA11003N型电子分析天平(量程为1 100 g，精度为1 mg，上海丙林电子科技有限公司)、HH-4型恒温水浴锅(江苏省金坛市环宇科学仪器厂)、透析带(北京鸿跃科技有限公司，截留相对分子质量为8 000～14 000)、FZY-M305A型小样轧车(北京同德创业科技有限公司)、YG 811型织物悬垂性测定仪(兴市元茂机电设备有限公司)、Instron 5582型电子万能材料试验机(美国英斯特朗公司)、LFY-1B型织物折痕回复性能测试仪(东莞市胤程检测仪器有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 羊毛角蛋白溶液的制备及其对棉织物的改性整理

分析当前提取羊毛角蛋白主要的方法［5-8］发现，羊毛在尿素/硫化钠/十二烷基硫酸钠混合溶液中具有较好的溶解性，提取的羊毛角蛋白的质量分数高，且制备的羊毛角蛋白溶液的稳定性也较好。为此，本文参照文献［9］，选用尿素/硫化钠/十二烷基硫酸钠羊毛角蛋白提取工艺制备羊毛角蛋白溶液。

将脱脂羊毛纤维按1∶10的浴比放入丙酮溶液中浸泡30 min后取出，用去离子水对羊毛纤维进行清洗，去除羊毛纤维表面的杂质。将清洗后的羊毛纤维放入温度为50℃的DHG-9240A型立式鼓风干燥箱中干燥至恒定质量。采用JA11003N型电子分析天平分别称取12.0 g尿素、13.5 g硫化钠和630.0 g十二烷基硫酸钠，然后将称量好的化学试剂投入1 500 mL的蒸馏水中，搅拌均匀直至其完全溶解。将尿素/硫化钠/十二烷基硫酸钠混合溶液均分成5份，每份300 mL。称取已去除杂质后的脱脂羊毛共5份，每份15 g，用剪刀将羊毛纤维剪成纤维碎末后，分别投入尿素/硫化钠/十二烷基硫酸钠混合溶液中。将装有羊毛纤维末的尿素/硫化钠/十二烷基硫酸钠混合溶液分别放置在温度为40℃的恒温水浴锅中，直至羊毛纤维完全溶解。将含羊毛纤维的尿素/硫化钠/十二烷基硫酸钠混合溶液倒入用去离子水反复清洗过的透析袋中进行透析过滤，制备羊毛角蛋白溶液。

将制备的羊毛角蛋白溶液放置在温度为50℃的恒温恒湿水浴锅中，取17.5 mL质量浓度为120 g/L的盐酸溶液加入羊毛角蛋白溶液中，不断搅拌，使羊毛角蛋白溶液在恒温条件下分别水解45、90、135和180 min，并分别在水解结束前10 min加入10.5 mL戊二醛，水解结束前5 min加入3.9 g氯化镁。

水解完成后，取质量浓度为120 g/L的氢氧化钠溶液对羊毛角蛋白溶液进行中和，直至羊毛角蛋白溶液的pH值呈中性。称取棉织物试样10 g，共称取5份，分别投入未经盐酸水解处理与分别经盐酸水解处理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液中，在50℃的恒温条件下浸泡处理3 h后取出，采用FZY-M305A型小样轧车对棉织物试样进行轧压处理后，放入温度为80℃的烘箱中预烘5 min。将预烘后的棉织物再在温度为120℃条件下烘燥3 min后，用蒸馏水洗去棉织物试样表面残留的羊毛角蛋白后，在50℃条件下干燥至恒定质量。

1.3.2 交联接枝率测试

采用式(1)计算棉织物羊毛角蛋白的交联接枝率。重复试验5次，取5次计算结果的平均值。

式中:W——棉织物羊毛角蛋白改性后的交联接枝率，%;

Ga——羊毛角蛋白改性后棉织物试样的质量，g;

G0——羊毛角蛋白改性前棉织物试样的质量，g。

1.3.3 力学性能测试

1.3.4 悬垂性测试

依据 FZ/T 01045—1996《织物悬垂性试验方法》，采用YG 811型织物悬垂性测定仪测试未经盐酸水解处理与分别经盐酸水解处理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液改性整理后棉织物的悬垂系数。悬垂系数越小，织物的悬垂性越好。

1.3.5 折皱回复性测试

依据GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定回复角法》，采用LFY-1B型织物折痕回复性能测试仪测试未经盐酸水解处理与分别经盐酸水解处理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液改性整理后棉织物的折皱回复角。折皱回复角越小，织物的抗皱性与弹性越差。

1.3.6 透湿性测试

分别称取5份20 g的硅胶干燥剂，并分别置于300 mL的干燥烧杯中。在测试织物的透湿性能前，将未经盐酸水解处理和分别经盐酸水解处理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液整理后棉织物试样放置在温度为20℃、相对湿度为65%的恒温恒湿试验箱中平衡24 h。采用平衡后的棉织物试样将烧杯的杯口密封，并将密封后的烧杯在温度为20℃、相对湿度为65%的恒温恒湿试验箱中放置2 h后取出，称取干燥剂的质量。使用式(2)计算棉织物试样的透湿率。重复试验5次，取5次测试计算结果的平均值。

式中:Y——棉织物试样的绝对透湿量，g/(cm2·h);

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Ma——平衡后干燥剂的质量，g;

M0——平衡前干燥剂的质量，g;

S——烧杯杯口的面积，cm2;

t——透湿时间，h。

2 结果与讨论

盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物的交联接枝率与性能的影响如表1所示。

表1 盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物的交联接枝率与性能的影响

2.1 交联接枝率

羊毛角蛋白改性棉织物的交联接枝率随盐酸水解羊毛角蛋白时间的变化如表1和图1所示。可以看出，盐酸水解羊毛角蛋白时间不超过135 min时，羊毛角蛋白改性棉织物的交联接枝率随着水解时间的增加而逐渐增大，在水解时间为135 min时交联接枝率达到峰值，之后随着水解时间的增加交联接枝率呈下降趋势。

图1 盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物交联接枝率的影响

采用高斯函数对图1进行拟合(拟合误差小于0.000 3)，得式(3)。对式(3)进行一阶求导，可得水解时间为0～135 min时，随着水解时间的增加，羊毛角蛋白改性棉织物的交联接枝率逐渐增大，且增幅不断减小。在水解时间为180 min时，交联接枝率呈较大幅度的下降。

式中:y1——交联接枝率，%;

x——盐酸水解羊毛角蛋白时间，min。

2.2 力学性能

羊毛角蛋白改性棉织物的力学性能随盐酸水解羊毛角蛋白时间的变化如表1和图2所示。可以看出，盐酸水解羊毛角蛋白时间不超过135 min时，羊毛角蛋白改性棉织物的断裂强力随着盐酸水解时间的增加逐渐下降，断裂伸长率则逐渐上升，且两者的变化幅度均较小，而水解时间为180 min时，两者的变化幅度剧增，棉织物的力学性能显著下降。

图2 盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物力学性能的影响

2.3 织物悬垂性

羊毛角蛋白改性棉织物的悬垂系数随盐酸水解羊毛角蛋白时间的变化如表1和图3所示。可以看出，盐酸水解羊毛角蛋白时间不超过135 min时，羊毛角蛋白改性棉织物的悬垂系数随着水解时间的增加而逐渐降低，在水解时间为135 min时达到最低值，之后随着水解时间的增加而增大。这是由于当水解时间不超过135 min时，随着水解时间的增加，羊毛角蛋白的交联接枝率逐渐增大，使得棉织物的柔韧性与悬垂性得以改善。而水解时间超过135 min后，羊毛角蛋白改性棉织物的交联接枝率随着水解时间的增加不断减小，使得棉织物的柔韧性与悬垂性变差。

图3 盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物悬垂系数的影响

2.4 折皱回复性

羊毛角蛋白改性棉织物的折皱回复角随盐酸水解羊毛角蛋白时间的变化如表1和图4所示。可以看出，盐酸水解羊毛角蛋白时间不超过135 min时，羊毛角蛋白改性棉织物的折皱回复角随着水解时间的增加而逐渐增大，在水解时间为135 min时达到最高值，之后随着水解时间的增加而减小。这是由于盐酸水解羊毛角蛋白时间不超过135 min时，交联接枝率随水解时间的增加而增加，织物的弹性提高;当水解时间超过135 min时，织物的弹性下降，折皱回复角减小。此外，织物正面的折皱回复角变化幅度始终高于反面，这是由于织物的正、反面在织造过程中受到的织机张力不同，致使织物正、反面光洁度和紧度不同造成的。

图4 盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物折皱回复率的影响

2.5 透湿性

羊毛角蛋白改性棉织物的透湿量随盐酸水解羊毛角蛋白时间的变化如表1和图5所示。可以看出，盐酸水解羊毛角蛋白时间不超过135 min时，羊毛角蛋白改性棉织物的透湿量随着水解时间的增加而逐渐降低，在水解时间为135 min时达最低值，随着水解时间增加至180 min，羊毛角蛋白改性棉织物的透湿量又有所升高。这是因为当水解时间不超过135 min时，随着水解时间的增加，羊毛角蛋白的交联接枝率逐渐增大，使得棉织物的孔隙率降低，紧度变大，织物的透湿量下降;而水解时间超过135 min时，羊毛角蛋白的交联接枝率减小，改性棉织物的孔隙率升高，紧度降低，织物的透湿量随之增大。即羊毛角蛋白的交联接枝率越高，织物的透湿量越小。

图5 盐酸水解时间对羊毛角蛋白改性棉织物透湿量的影响

3 结论

通过分析盐酸水解羊毛角蛋白时间对棉织物性能的影响可知:盐酸水解时间不超过135 min时，随着水解时间的增加，棉织物的交联接枝率增大，悬垂性及折皱回复性得以改善，断裂强力和断裂伸长率变化不明显，透湿量则有所降低;盐酸水解时间超过135 min后，改性后棉织物的交联接枝率随着水解时间的增加而减小，悬垂性及折皱回复性下降，力学性能显著下降。综合考虑各项指标可知，盐酸水解羊毛角蛋白时间为135 min时，对棉织物的改性效果较佳。

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