蚕丝蛋白在涤纶保湿整理方面的应用

2022-11-24李冰林许陈旺王明亮李志林

染整技术 2022年9期

李冰林，许陈旺，王明亮，李志林，魏猛

（1.浙江丝绸科技有限公司，浙江杭州 310000；2.宁波润禾高新材料科技股份有限公司，浙江宁波 315000）

涤纶纤维物理机械性能好、化学稳定性较高、易洗快干且价格便宜，但其分子中没有亲水基团，导致吸湿性、导电性差，服用过程中易积聚静电荷，穿着舒适性差。而蚕丝蛋白富含多种氨基酸，其中丝素蛋白具有多孔性和良好的吸湿性［1-2］，应用于合成纤维能够赋予其良好的功能性。

高素华等［3］以PVAGE 为交联剂，研究了将蛋清蛋白接枝到涤纶织物表面的整理工艺，并探究了对涤纶织物服用性的影响。结果表明，接枝蛋清蛋白后，涤纶的回潮率、抗静电性能大幅提高，但折皱弹性回复性略有下降。王江波等［4］将羊毛角蛋白液涂覆在涤纶表面，研究蛋白液质量浓度以及pH 等对织物性能的影响，得到的最佳工艺能够大幅提高涤纶织物的回潮率，且耐洗性也较好。此外，有研究报道通过涂覆或改性的方式获得蚕丝蛋白整理涤纶织物，使涤纶织物在保持其原有特性的基础上，增加了良好的吸湿性和抗静电性［5-8］。还有研究指出蚕丝蛋白具有优良的医疗保健功能［9-11］，生物相容性好，被广泛应用于食品、饮料和护肤保健等领域［12-15］。

本研究通过浸轧法将蚕丝蛋白整理到涤纶织物上，测试处理后织物的回潮率、吸湿性、耐洗性，优化整理工艺及配方，从而提高涤纶织物的吸湿保湿性能，让涤纶织物拥有更好的服用性。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：涤纶平纹（120 g/m2）。

试剂：丝素蛋白A（粉末，中芯创惟生物科技有限公司），SSU［拓纳贸易（上海）有限公司］，SEW、交联剂AF6100（辽宁赫特科技有限公司），黏合剂EL-2（浙江科峰有机硅有限公司），酸性蓝260（无锡科莱特染料有限公司），匀染剂2060（浙江丝科院轻纺分公司），冰醋酸（国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：平卧式轧车和连续烘干机（厦门瑞比精密机械有限公司），Y（B）089D 型洗衣机（温州大荣纺织仪器有限公司），红外染色小样机（南通宏大实验仪器有限公司），测色配色仪［爱色丽（上海）色彩仪器商贸有限公司］。

1.2 蚕丝蛋白整理方法

选择合适的蚕丝蛋白，筛选助剂，对涤纶织物进行浸轧整理，将蚕丝蛋白整理并交联固定到织物上。调整助剂用量、温度等参数，通过涤纶织物的失重率、回潮率、吸湿性等指标来分析丝素蛋白是否有效整理到涤纶织物上。采用酸性染料对织物进行染色，通过染色深浅直观分析蚕丝蛋白对涤纶织物的影响。

浸轧工艺流程：浸轧→定形→水洗烘干。

配制浸轧液，浸轧液倒入卧式轧车，调节轧车气压，控制轧液率为80%，将布样放入轧车中，两浸两轧。调节烘干机至指定温度，升温结束后，将轧好的布样用烘干机定形。在滚筒洗衣机水洗，温度30 ℃，水位10 cm，水洗20 min，然后在烘干机中130 ℃烘干。

1.3 染色方法

常温条件下将匀染剂2060 加入染杯，放入布样，振荡5 min，再加入染料酸性蓝260 及冰醋酸，密封放入染色机。升温至30 ℃保温20 min，接着以3 ℃/min升温至60 ℃保温30 min，然后以1 ℃/min 升温至90 ℃保温30 min，完成染色，排水，取布样水洗烘干。染色工艺曲线如下所示：

1.4 测试

回潮率［16］：按照GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法》对织物的回潮率进行测定。选取整理前后的织物，在恒定条件下平衡24 h，然后放入铝盒中通过减量法称取试样的质量，再将铝盒放入烘箱中，于110 ℃下烘2 h，取出铝盒放入干燥器中冷却30 min，再称重。按下式计算回潮率：

其中，m0、m1分别为织物干燥前后的质量。

吸湿率：将试样放在烘箱中，在150 ℃下烘干2 min，称重；然后将试样置于20 ℃、相对湿度65%的环境中，间隔5～10 min 称重，每个试样平行做3 组，取平均值。按下式计算吸湿率：

其中，m1、m2分别为间隔时间前后的质量。

增重率：首先将原样放在烘箱中烘干至恒重、称量，称完的原样进行整理，整理后再放在烘箱中烘干至恒重，称重，计算出试样的增重率。

失重率：将整理后的涤纶织物在水洗机中水洗后放在烘箱中烘干至恒重，称重，计算试样的失重率。

上染性：布样用测色配色仪器进行测试，读取Lab值。

2 结果与讨论

2.1 丝素蛋白对涤纶织物性能的影响

2.1.1 丝素蛋白种类

不同的丝素蛋白整理到涤纶织物上，对织物性能的影响有差别。选用市场上的3 种丝素蛋白：丝素蛋白A、SSU、SEW，研究其对涤纶织物回潮率及吸湿性的影响，结果如表1所示。

表1 不同丝素蛋白整理涤纶织物的回潮率

由表1 可以看出，涤纶经丝素蛋白A 处理后，回潮率从0.3%提升至0.5%，吸湿保湿性能有明显改善，丝素蛋白SSU 对织物的回潮率略有改善，丝素蛋白SEW 对回潮率几乎没有影响，因此选用丝素蛋白A 进一步研究。

为更准确地表征织物的吸湿能力，取不同丝素蛋白处理后的涤纶在恒定条件下烘干，然后将织物放入恒温恒湿箱，间隔固定时间测试计算织物的吸湿率，其吸湿率曲线如图1所示。

图1 不同丝素蛋白整理涤纶织物的吸湿率曲线

由图1 可以看出，丝素蛋白A 处理的涤纶织物吸湿率最好。丝素蛋白A 为粉剂，与另外两种丝素蛋白溶液相比，其蛋白含量更高，因为丝素蛋白具有较好的吸湿性，所以丝素蛋白A 整理的涤纶织物性能较其他两种丝素蛋白更好。

2.1.2 丝素蛋白A 用量

丝素蛋白A 能够改善涤纶织物的回潮率，不同用量丝素蛋白A 处理后涤纶织物的增重率、回潮率和失重率如表2所示。

表2 丝素蛋白用量对涤纶织物性能的影响

由表2 可以看出，随着丝素蛋白A 用量的增加，整理涤纶的增重率不断增大，即更多的丝素蛋白附着到涤纶织物上，但水洗后失重率也不断上升，从两者的差值来看，残留在织物上的丝素蛋白增加。此外，整理后涤纶织物的回潮率不断提升。因此，丝素蛋白A 用量选择150～200 g/L。

图2 是不同用量丝素蛋白处理后织物的吸湿率。由图2 可以看出，丝素蛋白A 处理后的涤纶织物吸湿率都会有所提升，随着丝素蛋白A 用量的增加，吸湿率不断增加，在丝素蛋白A 用量为150 g/L 以上时，处理后的涤纶织物吸湿率比100 g/L 时有明显的提升。

图2 不同丝素蛋白用量处理涤纶织物的吸湿率曲线

2.2 交联剂对涤纶织物性能的影响

2.2.1 交联剂种类

仅采用丝素蛋白整理涤纶织物，整理后织物耐洗性较差，交联剂能将丝素蛋白更好地固着在涤纶织物的表面上，提高其耐洗性。选择了不同种类的交联剂，观察其对处理后涤纶织物增重率、失重率的影响，结果如表3所示。

表3 不同交联剂处理对涤纶增重率、失重率的影响

由表3 可以看出，采用同样用量的AF6100 和EL-2，AF6100 可增重0.26%，而EL-2 仅0.12%，说明加入交联剂AF6100 后，丝素蛋白能更多地整理到涤纶织物上；当AF6100 用量为40 g/L 时，增重率可提升至1.17%，但经过水洗后，失重率也提升至0.76%，几乎1/2 的丝素蛋白都被洗掉，可见丝素蛋白整理涤纶的耐洗性需要进一步研究。

2.2.2 交联剂用量

下面研究了丝素蛋白采用不同用量的交联剂对涤纶处理后，织物的增重率及回潮率，并通过失重率表征了丝素蛋白的耐洗性能，结果见表4。由表4可以看出，仅用丝素蛋白处理涤纶，水洗后织物上的丝素蛋白基本被洗除；随着交联剂用量的提升，织物增重率基本不变，而织物的水洗失重率明显下降；当交联剂用量为40 g/L 时，洗后丝素蛋白的残余为6.60%；当交联剂用量为60 g/L 时，洗后残余为9.01%，这说明织物上丝素蛋白的耐洗性能得到改善。因此，交联剂用量选择40～60 g/L 为宜。

表4 交联剂用量对涤纶增重率、回潮率及失重率的影响

对处理后织物的吸湿率进行测试，结果如图3 所示。由图3 可以看出，交联剂用量会对织物的吸湿性造成一定的影响，随着交联剂用量的增加，织物的吸湿率降低，这说明过多的交联剂会对织物吸湿性能提升造成负面影响。综上所述，交联剂用量选择40 g/L较为适宜。

图3 不同交联剂用量处理后涤纶的吸湿率曲线

2.3 焙烘温度对涤纶织物吸湿性能的影响

为了更好地提升丝素蛋白在涤纶织物上的耐洗性，研究了不同焙烘温度下整理织物的增重率、回潮率及失重率，结果如表5所示。

表5 焙烘温度对涤纶增重率、回潮率及失重率的影响

由表5 可以看出，随着焙烘温度的升高，织物的增重率变化不大，但是失重率逐渐降低，而织物的回潮率有所提升。焙烘温度为140 ℃时，织物的水洗失重率为4.88%，而170 ℃时，织物的水洗失重率只有2.52%，水洗失重率明显下降。这说明温度的升高有利于丝素蛋白与涤纶的结合，丝素蛋白的耐洗性会更好。因此，焙烘温度选择160～170 ℃。

图4 是不同焙烘温度处理后涤纶织物的吸湿率曲线。由图4 可以看出，当焙烘温度为140 ℃时，织物的吸湿率较低，吸湿性相对较差；随着焙烘温度的升高，织物的吸湿率提高，吸湿性略有改善；焙烘温度为150～170 ℃时，织物的吸湿性相差不大。因此，焙烘温度选择160～170 ℃较为适宜。

图4 不同焙烘温度处理后涤纶织物的吸湿率曲线

2.4 涤纶织物的染色性能

将处理前后的涤纶织物进行染色，烘干后在测色配色仪上测试Lab 值，同时将丝素蛋白处理的染色样进行水洗，烘干后同样在测色配色仪上测试Lab值，结果如表6所示。

表6 处理前后涤纶的染色性能对比

由表6 可以看出，经丝素蛋白处理后的涤纶染色样得色均匀，且颜色深度明显比涤纶原样深。b值表示织物的黄蓝光，负值越大说明蓝光越多，丝素蛋白处理涤纶织物染色样的b值与涤纶原布差距显著，蓝光明显更多，说明蚕丝蛋白处理后，酸性染料能够上染涤纶织物。涤纶织物染色样水洗后的b值与水洗前差别不大，说明处理后的涤纶织物酸性染色具有一定的水洗牢度，而涤纶不具备吸附酸性染料的能力，说明整理到涤纶上的丝素蛋白可吸附酸性染料；水洗后织物表面仍有丝素蛋白，也证明了采用丝素蛋白处理工艺对涤纶织物整理后，丝素蛋白有较好的耐洗性。