纳米二氧化硅/丝素复配整理对粘胶织物性能影响1

王利娅

（江西服装学院，江西 南昌 330201）

丝素蛋白是一种具有良好生物相容性与可降解性的天然蛋白纤维，与皮肤具有良好的亲和性[1-2]。纳米二氧化硅当大量聚集时呈现网状和絮状的准颗粒结构，具有优异耐化学腐蚀、抗紫外线性能与抗老化能力，且自身无毒、无味、无污染[3-4]。粘胶纤维具有吸湿透汗、色谱齐全等服用特点，还兼有产量高、成本低等的优点，被广泛用于服装与家居用品[5-6]。目前利用丝素与纳米二氧化硅复配对纤维素织物进行了功能整理研究非常少，大多集中单独使用丝素或者纳米二氧化硅对纤维素织物进行整理，如利用丝素对棉织物的整理改善了织物的力学、抗皱与耐热水性能[7]，而纳米二氧化硅对纤维素织物进行疏水、免烫、抗皱等功能整理[8-10]。

本研究利用丝素与纳米二氧化硅复配对粘胶织物进行了功能整理，为功能性粘胶织物的设计提供了参考。

1 实验

1.1 材料与试剂

粘胶织物（经纬纱线细度为19.4 tex，经纬纱线密度为320 根/10 cm×280 根/10 cm，1/1平纹组织，购自市场），桑蚕丝（购自市场）。

溴化钾（寿光市元光化工有限公司）、正硅酸乙酯（湖北兴银河化工有限公司）、无水乙醇（新乡市宏盛化工有限公司）、无水氯化钙（嘉兴市鑫啸化工有限公司）、六水合氯化镁（连云港巨佳化工科技有限公司）、戊二醛（广州市远增化工有限公司）、乙酰丙酮（国药集团化学试剂有限公司），以上试剂均为分析纯；此外还有盐酸（西安鼎天化工有限公司）和浓氨水（深圳市志鑫海化工有限公司）。

1.2 仪器与设备

EX324-万分之一电子分析天平（奥豪斯仪器(上海)有限公司）、DZF-6500真空干燥箱（上海齐欣科学仪器有限公司）、FR-1204可程式恒温恒湿试箱（上海发瑞仪器科技有限公司）、JKR-SZ2500电子注液泵/计量泵（东莞市吉克尔自动化科技有限公司）、HB902紫外线透过率分析仪（苏州市电子仪器有限公司）、OCA40Micro型全自动微观液滴湿润行测量仪器（德国Dataphysics公司）、YG026T 电子织物强力机（常州市第一纺织设备有限公司）、织物折皱回复性测试仪（标准集团（香港）有限公司）、JSM-6390LV钨灯丝扫描电镜（日本电子株式会社）。

1.3 整理剂的制备

取浓氨水20 g、无水乙醇654 g、去离子水180 g依次注入到玻璃三口瓶中，并在30℃的恒温水浴中搅拌10 min；利用计量泵将870 g正硅酸乙酯与1 000 g无水乙醇混合均匀后注入到上述三口瓶混合液中，并持续在30℃恒温水浴中搅拌12 h后升温至80℃再回流4 h，待回流结束后冷却室温即制得纳米二氧化硅胶体溶液[11]。

利用质量浓度为0.5%的碳酸钠溶液对桑蚕丝脱胶处理后，使用摩尔浓度比为2∶1∶8的无水乙醇/无水氯化钙/蒸馏水混合溶液在浴比1∶15的条件下对脱胶后的桑蚕丝进行溶解、透析后与3 mol/L的盐酸进行混合后在70℃的恒温水浴中搅拌溶解，即制得桑蚕丝丝素蛋白溶液。

按一定体积比将乙酰丙酮、无水乙醇、纳米二氧化硅胶体在持续搅拌条件下缓慢注入上述所制桑蚕丝丝素蛋白溶液，搅拌时间为300 min，在搅拌至290 min时根据丝素与戊二醛的质量比为1∶1.2向混合液中加入戊二醛，在搅拌至290 min时根据丝素与六水合氯化镁质量比为1∶0.08向混合液中加入六水合氯化镁。调整上述乙酰丙酮、无水乙醇、纳米二氧化硅胶体配置纳米二氧化硅含量分别为1%、2%、3%、4%、6%的纳米二氧化硅/丝素整理液。

1.4 织物整理工艺

所购粘胶织物退浆后室温条件下在上述纳米二氧化硅/丝素整理液充分浸泡24 h后进行二浸二轧；浸轧后的织物在80℃条件下预烘5 min，在120℃条件下焙烘3 min；依次使用65℃与室温蒸馏水对整理后粘胶织物进行清洗后，在60℃条件下烘至恒重待用。

1.5 微观形貌观察

利用JSM-6390LV钨灯丝扫描电镜对纳米二氧化硅含量为4%的纳米二氧化硅/丝素整理液整理的粘胶纤维进行围观形貌观察，其中JSM-6390LV钨灯丝扫描电镜加速电压为15 kV，放大倍数为5 000倍。

1.6 湿润与折皱回复性能测试

利用 OCA40Micro型表面接触角仪对纳米二氧化硅/丝素整理液整理前后粘胶织物的瞬时接触角进行测试，每种质量浓度整理的粘胶织物测试10组，取10组瞬时接触角测试结果的平均值。

采用水平法利用织物折皱回复性测试仪对纳米二氧化硅/丝素整理液整理前后粘胶织物的折皱回复角进行测试，每种质量浓度整理的粘胶织物测试10组，取10组折皱回复角测试结果的平均值。

1.7 紫外线防护性能测试

利用HB902紫外线透过率分析仪对纳米二氧化硅/丝素整理液整理前后粘胶织物的UPF进行测试，以判断粘胶织物整理前后紫外线的透射率，每种质量浓度整理的粘胶织物测试30组，取30组UPF值测试结果的平均值。

1.8 力学性能测试

纳米二氧化硅/丝素整理液整理前后粘胶织物沿经纱方向裁剪成长度为150 mm、宽度为50 mm织物试样，并将织物试样在105℃条件下干燥至恒重后在标准环境（20℃，65%相对湿度）中调试24 h，利用YG026T电子织物强力机在夹持长度100 mm，拉伸速度为20 mm/min的条件下对粘胶织物整理前后的断裂强力与断裂伸长率进行测试，每种质量浓度整理的粘胶织物测试30组，取30组断裂强力与断裂伸长率测试结果的平均值。

2 结果与讨论

2.1 微观形貌分析

纳米二氧化硅含量4%整理液整理后粘胶织物的微观形貌如图1所示，从图1可以看出，整理后的粘胶织物表面不规则分布纳米二氧化硅，有些地方出现纳米二氧化硅团聚现象，这是由于整理液中纳米二氧化硅含量过高引起的，纳米二氧化硅团聚会影响织物的诸如紫外线防护及力学等性能，因此在整理过程中应合理控制纳米二氧化硅的含量，防止纳米二氧化硅大量团聚现象的发生。

图1 纳米二氧化硅含量4%整理液整理后粘胶织物的微观形貌

2.2 湿润与折皱回复性能分析

纳米二氧化硅/丝素整理液整理前后粘胶织物湿润与折皱回复测试结果如表1所示，从表1可以看出，粘胶织物瞬时接触角与180 s后接触角均随着纳米二氧化硅/丝素整理液整中纳米二氧化硅含量的增加而增大，当纳米二氧化硅含量超过4%时，瞬时接触角与180 s后接触角增加幅度均有所降低，这是由于纳米二氧化硅/丝素整理液整理液中的纳米二氧化硅在整理后的粘胶织物表面形成了不同程度的凸起、凹槽与微纳米微突等微小的疏水结构，等水珠与微小的疏水结构接触时会在接触面形成气膜，从而增加了瞬间接触角与180 s后接触角，阻隔水珠与织物的接触，起到一定的疏水效果[7]。当纳米二氧化硅含量超过6%时，瞬时接触角与180 s后接触角增加幅度均有所降低是由于整理液中纳米二氧化硅含量过高导致了团聚现象的发生减小了水珠与疏水结构接触面气膜的效果，因此导致接触角增加幅度降低。纳米二氧化硅含量 4%的整理液整理的粘胶织物经180 s后接触角仍能达到129.95°，由此可知经纳米二氧化硅/丝素整理液整理后的粘胶织物具有较好的疏水效果。

表中粘胶织物折皱回复角纳米二氧化硅含量的增加而降低，这是由于纳米二氧化硅/丝素整理液整理对粘胶织物整理起到增塑作用，使得粘胶织物硬度增加，折皱回复角较小。

表1 纳米二氧化硅/丝素整理液整理前后粘胶织物湿润与折皱回复测试结果

2.3 紫外线防护性能分析

纳米二氧化硅含量与整理织物UPF值关系曲线如图2所示，从图2可以看出，整理后粘胶织物的UPF值随着纳米二氧化硅/丝素整理液整中纳米二氧化硅含量的增加而增加，在含量为4%达到峰值后逐渐降低，这是由于当纳米二氧化硅含量 4%时纳米二氧化硅出现团聚现象，使得对紫外线的吸收性能受到限制。相比未整理粘胶织物，纳米二氧化硅含量4%时粘胶织物的紫外线防护性能提高了57.63%，可知纳米二氧化硅/丝素整理对粘胶织物的紫外线防护性能有很大的改善。

图2 纳米二氧化硅含量与整理织物UPF值关系曲线

图3 纳米二氧化硅含量与整理织物力学性能关系曲线

2.4 力学性能分析

纳米二氧化硅含量与整理织物力学性能关系曲线如图3所示，从图3可以看出，粘胶织物的经向断裂强力随着纳米二氧化硅/丝素整理液整中纳米二氧化硅含量的增加而提高，断裂伸长率则是随着纳米二氧化硅/丝素整理液整中纳米二氧化硅含量的增加而降低，这是由于纳米二氧化硅对粘胶织物具有较强的增塑性，使得织物变得硬且脆，这是由于粘胶织物上纳米二氧化硅出现的团聚现象造成了强力弱环的增加，由此可知纳米二氧化硅/丝素对粘胶织物的整理起到一定的增塑作用。

3 结论

纳米二氧化硅含量在丝素与纳米二氧化硅复配整理液达到 3.5%～4.5%之间时，整理液对粘胶织物的整理极大地改善了织物的疏水、防紫外线及力学性能，但使粘胶织物的折皱回复性能略有降低，很大程度上提高了服装的功能性，且该工艺简单环保，因此具有很强的操作性和市场前景。

[1]李大为, 何进, 何凤利, 等. 丝素蛋白在骨组织工程中的应用研究进展[J]. 化学与生物工程, 2017, 34(9): 1-6.

[2]吴惠英. 脱胶工艺对蚕丝溶解及再生丝素蛋白纤维性能的影响[J]. 纺织学报, 2017, 38(8): 75-80.

[3]解玉玲, 林晓, 王锐, 等. 壳聚糖-二氧化硅纳米多孔材料的制备及pH敏感性[J]. 广州化工, 2017, 45(18): 57-59.

[4]陈博, 陈学琴, 任军, 等. 纳米二氧化硅表面改性研究进展[J]. 有机硅材料, 2017, 31(5): 396-400.

[5]赵艳芹, 于湖生, 韦红莲, 等. 消臭粘胶纤维的制备与性能研究[J]. 上海纺织科技, 2017, 45(7): 43-45.

[6]郑向华. 抗菌除臭符合功能粘胶纤维的制备与研究[D]. 山东: 青岛大学, 2015.

[7]李继丰, 杨震, 彭凤霞, 等. 羧基化棉织物的丝素蛋白接枝改性[J]. 印染, 2015 (7): 1-6.

[8]程洋, 徐丽慧, 李倩. 棉织物的改性纳米二氧化硅超疏水整理[J]. 印染, 2015(18): 6-9.

[9]宋慧君, 韩冰, 张建丽, 等. 棉织物的免烫整理[J]. 纺织学报, 2010, 31(12): 84-88.

[10]赵海洋. 纳米氧化物对纯棉织物抗皱整理效果影响规律的研究[D]. 天津: 天津工业大学, 2007.

[11]阙永生, 杨辉, 汪海风, 等. 溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅及原位改性[J]. 无机盐工业, 2015, 47(9): 13-16.

[12]王雪, 王少凯, 黄蕊, 等. 超疏水涂料的制备及性能研究[J]. 化学与黏合, 2017, 39(5): 313-324.