聚乙烯醇載入絲素的棉織物整理及生物降解性研究

趙 雨 (東華大學(xué)服裝藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海，200051)

聚乙烯醇載入絲素的棉織物整理及生物降解性研究

趙 雨 (東華大學(xué)服裝藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海，200051)

將不同濃度絲素(SF)、聚乙烯醇(PVA)配制的共混溶液涂層于棉坯布上，再經(jīng)烘焙、微波、超聲波固定處理，研究了整理織物的土埋生物降解性和力學(xué)性能。結(jié)果表明:用SF和PVA涂層的棉織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率都得到改善，同時(shí)涂層織物具有良好的生物降解性;微波固定處理后織物的降解程度大于超聲波處理織物的降解性，烘焙處理織物的降解相對(duì)最小;整理液中絲素含量越高，涂層織物生物降解性越好。經(jīng)過(guò)絲素/聚乙烯醇整理過(guò)的棉織物具有生物降解性和安全性，力學(xué)性能得到改善，具有較好的應(yīng)用潛力。

絲素，聚乙烯醇，涂層織物，生物降解性，力學(xué)性能

絲素(Silk Fibroin，SF)與人體具有良好的親和性，適用于織物的功能性保健整理和舒適整理等，是一種天然的“綠色整理劑”［1-2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開發(fā)出了SF生物整理劑，由其整理的紡織品具有無(wú)污染、保健功能良好，穿著舒適、柔軟、爽滑的性能［3-4]。聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)是一種無(wú)毒、無(wú)刺激性的水溶性高分子材料，具有良好的耐污染性、生物親和性、成膜性、成纖性和黏接性等優(yōu)點(diǎn)，在纖維、薄膜、黏合劑和生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域具有廣泛的用途［5-8]。由于SF本身不能直接較好地固著于棉織物表面，因此選取了PVA這一載體，PVC載入功能性物質(zhì)SF固定于棉織物上，經(jīng)如此整理的織物在保持棉織物特性的同時(shí)，既有蛋白質(zhì)的特性(如可降解性、生物相容性及含豐富的氨基酸等)，又具有PVA的力學(xué)性能，可以滿足薄膜、生物醫(yī)學(xué)材料等的需要。

本文將不同濃度SF、PVA配制的共混溶液涂層于棉坯布上，再經(jīng)烘焙、微波、超聲波固定處理，研究了涂層整理織物的土埋生物降解性和力學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

棉織白坯布，SF，PVA，去離子水，均購(gòu)自商店。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海齊欣科學(xué)儀器有限公司)，NDS-8S數(shù)據(jù)顯示黏度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，HOI-3恒溫磁力攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)，DL-1萬(wàn)用電爐(北京中興偉業(yè)儀器有限公司)，JA2003A電子天平(上海精天電子儀器有限公司)，JY98-Ⅲ超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司)，KJ238-DE第Ⅲ代美的微波爐(廣東美的微波爐制造有限公司)，HDO26N電子織物強(qiáng)力儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 SF與PVA混合溶液制備

桑蠶絲置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的Na2CO3水溶液中煮沸30 min，并重復(fù)3次，除去絲膠。用三元溶劑 CaCl2/H2O/C2H5OH(三物質(zhì)的量比為1 g∶8 ml∶2 g)于(75 ±1)℃溶解(浴比 1∶50)，溶液經(jīng)透析袋(44MD，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司)透析、過(guò)濾后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍7 d制得SF。

取一定量的SF溶解于水中，加熱配制成濃度為5.0%(此處與下文中的溶液濃度均指質(zhì)量分?jǐn)?shù))和10.0%的SF水溶液。取一定量的PVA溶解于去離子水中，配制成10.0%和15.0%的PVA溶液。此過(guò)程先恒溫加熱至80℃持續(xù)20 min，使PVA顆粒呈溶脹的透明態(tài)，再在50℃的恒溫烘箱內(nèi)放置20～24 h，然后在90～95℃持續(xù)加熱(在此加熱過(guò)程中用薄膜輕輕包住容器口，以免造成水蒸發(fā)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果)，同時(shí)不斷攪拌，直至溶液變得澄清透明無(wú)可視顆粒為止。用5.0%和10.0%的SF水溶液與10.0%和15.0%的PVA溶液用磁力攪拌機(jī)加熱攪拌混合，最后配制成2.5%的SF和5.0%的 PVA 混合溶液、2.5% 的 SF和 7.5% 的PVA混合溶液、5.0%的SF和5.0%的PVA混合溶液、5.0%的SF和7.5%的PVA混合溶液共四組。

1.3.2 SF與PVA混合涂層工藝

取配制好的上述四種混合溶液分別涂層于棉織物上，涂層時(shí)采用滴定管，在5 cm×5 cm棉布的四個(gè)角落里分別滴定一滴，讓涂層滲透到整塊棉布(如果全部浸泡，整個(gè)涂層可能會(huì)太厚而對(duì)后面的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響)，然后室溫放置片刻，再經(jīng)烘干后進(jìn)行織物性能的測(cè)定。涂層工藝流程如下:

SF與PVC混合溶液→涂膜→室溫放置10 min→40℃烘箱中烘干5 min→處理織物實(shí)驗(yàn)

1.3.3 織物涂層固著

1.3.3.1 烘焙固著

將涂層織物放入托盤后整體放入70℃烘箱中烘焙1 h，取出冷卻。烘焙處理完成后的涂層織物取一部分進(jìn)行土埋實(shí)驗(yàn)。土埋時(shí)間為14 d，土埋環(huán)境是室外大樹下，周圍栽種綠籬，濕度適宜，土壤松軟。

1.3.3.2 微波固著

將涂層織物放入一玻璃器皿后再整體放入微波爐中，采用中火處理2.5 min后取出(在采用微波處理涂層織物的時(shí)候，因?yàn)橥繉涌椢锏捏w積容量很小，在微波爐中要放置一杯50 ml自來(lái)水，以防空燒)。微波處理完成后的涂層織物取一部分進(jìn)行土埋。土埋時(shí)間和環(huán)境同烘焙固著織物。

1.3.3.3 超聲波固著

將涂層織物放入超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，設(shè)定超聲處理功率400 W，時(shí)間4 s，間隙時(shí)間5 s，工作次數(shù)60次。超聲波處理完成后的涂層織物取一部分進(jìn)行土埋。土埋時(shí)間和環(huán)境同烘焙固著織物。

1.3.4 強(qiáng)力性能測(cè)定

取未處理的白坯布和各種涂層織物各5片，測(cè)定其在10 cm夾距條件下的斷裂強(qiáng)力，計(jì)算斷裂強(qiáng)力峰值和伸長(zhǎng)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層織物直接土埋生物降解性分析

由圖1可見，涂層織物直接土埋生物降解程度是圖1(a)和圖1(c)織物大于圖1(b)和圖1(d)織物。圖1(a)和圖1(c)的涂層織物PVA濃度比圖1(b)和圖1(d)的涂層織物PVA濃度低，因?yàn)镻VA本身降解比較困難導(dǎo)致涂層PVA濃度越高的織物降解越困難，或者說(shuō)抗腐蝕性越強(qiáng);但當(dāng)PVA濃度一定時(shí)，比較含不同濃度SF的涂層織物土埋后的生物降解性，沒有出現(xiàn)明顯的不同。這表明涂層SF濃度對(duì)涂層織物的腐蝕程度影響并不大，涂層織物的生物降解性主要取決于PVA濃度。

圖1 不同混合溶液涂層織物直接土埋的降解程度

2.2 烘焙固著涂層織物土埋生物降解性分析

由圖2可以看出，PVA和SF混合溶液涂層于織物表面呈透明狀，兩者在顯微鏡下很難分辨;涂層織物烘干后進(jìn)行土埋，隨著SF和PVA濃度的增大織物土埋后降解的程度也增大;但從整體上來(lái)說(shuō)涂層織物烘干后土埋降解的程度都不大，涂層織物的完整性較好。這表明烘焙加熱對(duì)涂層固著于織物的性能影響不強(qiáng)，SF和PVA涂層沒有很好地固著于織物表面而導(dǎo)致涂層織物降解程度偏小。

圖2 不同混合溶液涂層焙烘處理織物(左)及其土埋降解程度(右)

2.3 微波處理涂層織物土埋生物降解性分析

由圖3可見，經(jīng)微波處理的涂層織物固著于織物上的涂層較多，土埋后受到降解的程度也較大，出現(xiàn)了不同程度的腐爛，由此可以說(shuō)明織物上涂層足夠多，可使棉織物土埋后得到更好的降解。但不同濃度溶液處理的涂層織物土埋后降解的程度也不同，這是由于不同濃度溶液固著于涂層上的難易程度不一樣。從圖3中可見，隨著固著于織物上的溶液總濃度增大，織物土埋后的降解程度也增大。

圖3 不同混合溶液涂層微波處理織物(左)及其土埋降解程度(右)

2.4 超聲波處理涂層織物土埋生物降解性分析

由圖4可以看出，經(jīng)過(guò)超聲波處理的涂層織物，表面仍然固著著涂層，但是各個(gè)濃度溶液的固著程度有所不同，固著程度從高到低依次為圖4(a)織物、圖4(b)織物、圖4(c)織物、圖4(d)織物;經(jīng)土埋后降解程度也明顯不同，降解程度從大到小依次也為圖4(a)織物、圖4(b)織物、圖4(c)織物、圖4(d)織物。從而可以說(shuō)明，隨著溶液固著程度的提高，涂層織物土埋后降解程度增大。

圖4 不同混合溶液涂層超聲波處理織物(左)及其土埋降解程度(右)

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，涂層織物土埋后的降解程度從大到小依次為微波處理的涂層織物、超聲波處理的涂層織物、烘焙加熱處理的涂層織物，從而得知涂層織物溶液固著程度從高到低依次為微波處理的涂層織物、超聲波處理的涂層織物、烘焙加熱處理的涂層織物。

2.5 涂層織物強(qiáng)力性能分析

從表1中可以看出，混合溶液中PVA濃度一定時(shí)，SF濃度越高，涂層織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率都越高;同樣，當(dāng)SF濃度一定時(shí)，PVA濃度越高，涂層織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率也都越高。測(cè)試結(jié)果表明棉織物經(jīng)SF和PVA溶液整理后，織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率都有較大的改善。

表1 涂層織物強(qiáng)力

3 結(jié)論

經(jīng)SF和PVA混合溶液涂層的棉織物，通過(guò)烘焙加熱、微波和超聲波處理能將溶液有效地固著于織物上，涂層織物具有生物降解性和安全性，從而增加人體的自然適應(yīng)能力;同時(shí)，涂層織物的力學(xué)性能也得到改善。以SF和PVA混合溶液涂層整理的織物具有較好的應(yīng)用潛力。

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Fabric finishing and research on biodegradability of cotton fabrics of loading polyvinyl alcohol into silk fibroin

Zhao Yu (Fashion and Art Design Institute，Donghua University)

Through investigating silk(SF)and polyvinyl alcohol(PVA)of different concentrations mixing coats on cotton fabrics，after heating，microwave heating and ultrasonic treatment，finding burying biodegradability and mechanical property of finished fabrics.The result shows the breaking strength and breaking elongation of the fabrics coated with SF and PVA has improved，as well as strong degradation.The coated fabric degradation which treated with microwave heating is better than fabrics with ultrasonic treated，and coated fabric degradation with heat treated is the worst relative to others.The more content of SF in finishing liquor，the better biodegradability of coated fabric.The research shows cotton fabrics deal with SF/PVA have biodegradability，security and better strength，and have a wide useable potential.

silk fibroin，polyvinyl alcohol，coated fabric，biodegradability，mechanical property

TS101.923.9;TS195.597

A

1004－7093(2010)12－0037－05

2010－04－08

趙雨，女，1987年生，在讀碩士研究生。主要研究方向?yàn)榉b結(jié)構(gòu)和服裝數(shù)字化。