β-環(huán)糊精接枝棉織物改性工藝研究

李 鑫

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048)

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β-環(huán)糊精接枝棉織物改性工藝研究

李 鑫

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048)

在水熱條件下，用一定濃度的檸檬酸、次亞磷酸鈉、β-環(huán)糊精的整理液充分浸漬織物后，在高溫條件下焙烘一定時(shí)間使β-環(huán)糊精接枝到棉織物上。測(cè)試了織物處理前后的增重率、白度、透氣性、折皺回復(fù)角、耐水洗性、撕破強(qiáng)力等服用性能。結(jié)果表明，采用該方法處理的織物增重率可達(dá)到20%以上，且具有較好的耐水洗性能，但白度、透氣性、撕破強(qiáng)力顯著下降。對(duì)此提出了兩種改善織物強(qiáng)力的方案，一是在整理液中添加柔軟劑，二是采用半干法先合成β-環(huán)糊精衍生物，經(jīng)測(cè)試表明其強(qiáng)力、白度均有所提高。

β-環(huán)糊精；檸檬酸；棉織物；接枝改性

β-環(huán)糊精是淀粉經(jīng)特定的酶降解所得的環(huán)狀低聚糖，β-環(huán)糊精分子的外形呈截錐狀，其結(jié)構(gòu)具有“外親水，內(nèi)親油”的特殊作用[1]，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品、環(huán)境治理、紡織等眾多領(lǐng)域[2-3]。將β-環(huán)糊精負(fù)載于棉織物上有很多方法，但大多工藝復(fù)雜、原料昂貴、且接枝率較低[4-5]。目前用檸檬酸把β-環(huán)糊精接枝到棉織物上的方法其織物增重率高，工藝簡(jiǎn)單，成本低，但整理后織物強(qiáng)力下降太多，織物白度、透氣性都有所下降。經(jīng)證明，分子質(zhì)量為400～600的聚乙二醇可明顯抑制檸檬酸的泛黃，同時(shí)可提高織物的斷裂強(qiáng)力，對(duì)改善織物白度和強(qiáng)力具有很好的作用[6]。劉奪奎[7]等人發(fā)現(xiàn)，在采用同浴整理的過(guò)程當(dāng)中加入適當(dāng)?shù)钠交彳泟┛筛纳瓶椢锇锥群蛷?qiáng)力；李晶等[8]采用半干法先合成β-環(huán)糊精衍生物然后將其與織物結(jié)合，發(fā)現(xiàn)織物白度、強(qiáng)力均有所提高，且增重率可達(dá)12%。傳統(tǒng)浸漬浸軋方法織物接枝率不高，原因是整理液并不能完全滲透到紗線(xiàn)內(nèi)纖維之間，而水熱法可提供具有一定溫度、壓力的封閉空間，使得反應(yīng)更加充分。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料：β-環(huán)糊精(生化試劑，上海紫一試劑廠(chǎng))，檸檬酸(分析純)，次亞磷酸鈉(分析純)，純棉織物(市售)。

儀器：JXF-6型均相反應(yīng)器(煙臺(tái)松嶺化工有限公司)，F(xiàn)A1004N電子分析天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋，DZ-2BC型真空干燥箱，101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱(以上均為天津市泰斯特儀器有限公司提供)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

方案1：將2.25g檸檬酸和1.5g次亞磷酸鈉加入到30ml的去離子水中，充分?jǐn)嚢枞芙?，?.5gβ-環(huán)糊精加入其中，稍加熱并攪拌直至變?yōu)槌吻迦芤篬9]，冷卻至室溫。各物質(zhì)的濃度為檸檬酸75g/L，次亞磷酸鈉50g/L，β-環(huán)糊精50g/L。將溶液添加到50ml內(nèi)襯有聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜，隨即加入一定重量的純棉織物，密封后放置在110 ℃的均相反應(yīng)器中恒溫反應(yīng)1h，轉(zhuǎn)速為15r/min。之后將棉織物取出，放入烘箱中在100 ℃預(yù)烘2min，然后在180 ℃中烘焙5min，取出用60 ℃熱純水混合液洗滌10min(可一定程度的改善織物白度)，然后用大量冷水沖洗，55 ℃烘干，稱(chēng)重。

方案2：在配置的上述整理液中額外加入一定濃度的平滑柔軟劑改性硅油，濃度為20g/L，其他實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)同方案1。

方案3：稱(chēng)取適量的β-環(huán)糊精、檸檬酸和次亞磷酸鈉置于燒杯中，以固液比1∶0.6(β-環(huán)糊精∶H2O，W/W)加入少量蒸餾水充分?jǐn)嚢韬笾糜陔姛峁娘L(fēng)干燥箱內(nèi)，在110 ℃下烘1h，取出冷卻。加入30ml的蒸餾水，攪拌均勻，之后反應(yīng)過(guò)程和條件與方案1相同。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 增重率

把處理前后的試樣在烘箱中104 ℃烘1h，趁熱放入干燥器中，待冷卻后稱(chēng)重。

織物增重率(%)=100×(整理前后織物的重量差/整理前織物重量)

1.3.2 白度

用DatacolorSF-300型思維士電腦測(cè)色儀，測(cè)定3種方案整理后織物與原織物的白度，按照規(guī)定每一試樣在不同部位保持經(jīng)緯方向一致的情況下測(cè)定3次白度，取其算數(shù)平均值。

1.3.3 透氣性

采用YG461E數(shù)字式透氣量?jī)x測(cè)定改性后純棉織物的透氣性能，采用噴嘴號(hào)規(guī)格為Φ=4.0mm，試樣樣差為100Pa/mmH2O。先測(cè)定并比較6塊織物的透氣性能，然后取其中一塊織物測(cè)6次其透氣率并相互比較。

1.3.4 折皺回復(fù)角

參照GB/T3819—1997《紡織品 織物折皺回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》標(biāo)準(zhǔn)，采用YG(B)541D型全自動(dòng)數(shù)字式織物折皺彈性?xún)x測(cè)定織物折皺回復(fù)性能。將試樣織物剪成凸形，以其經(jīng)緯向平均彈性恢復(fù)角度之和表示。

1.3.5 撕破強(qiáng)度保留率

采用YG033型織物撕裂儀測(cè)定織物撕破強(qiáng)力，剪取試樣有效尺寸約為100mm×63mm(不需修扯邊紗)，切口線(xiàn)長(zhǎng)20mm，撕裂長(zhǎng)度43mm，記錄撕破強(qiáng)力數(shù)據(jù)。

織物撕破強(qiáng)力保留率(%)=100×(AS/AS0)

式中AS——整理后織物的撕破強(qiáng)力(N)；AS0——未整理織物的撕破強(qiáng)力(N)。

1.3.6 耐洗牢度

用2g/L的肥皂溶液，在浴比1∶50，溫度40 ℃，時(shí)間10min的皂洗浴中進(jìn)行1、5、10次后，分別稱(chēng)重，記錄數(shù)據(jù)。

1.3.7 織物上β-環(huán)糊精的驗(yàn)證

取10ml0.1mol/LNaOH溶液,加入數(shù)滴1%酚酞-乙醇溶液(1.0g酚酞溶于100ml95%V/V乙醇),變紅，將紅色溶液滴于整理前后的織物上,分別等待一定時(shí)間,觀(guān)察其顏色變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 增重率

如圖1所示給出了采用3種方案處理織物后測(cè)得增重率的對(duì)比圖，3種方案的平均增重率分別為27.37%，27.98%，32.18%，此增重率均高于文獻(xiàn)記載的增重率(14%左右)，可能原因是當(dāng)采用水熱條件時(shí)，整理液能充分浸漬到織物內(nèi)部。方案1和方案2的增重率基本相同，方案3采用的半干法明顯提高了織物增重率，原因是整理過(guò)程當(dāng)中，實(shí)質(zhì)上有兩個(gè)反應(yīng)，一個(gè)是檸檬酸和棉織物反應(yīng)，另一個(gè)是檸檬酸和β-環(huán)糊精反應(yīng)，因?yàn)闄幟仕岷兔蘅椢镏g的反應(yīng)要比檸檬酸和β-環(huán)糊精之間的反應(yīng)容易的多，所以方案1和2處理的織物直接在高溫下烘焙時(shí)，短時(shí)間內(nèi)β-環(huán)糊精并不能充分接枝到棉織物上，其增重率(接枝率)要明顯小于方案3。

圖1 3種方案下織物增重率

2.2 白度

圖2 3種方案下織物白度

如圖2所示給出了3種方案處理后織物的白度變化，3種方案處理織物的白度都有所下降，原布白度值平均為52.64，方案1為36.23，方案2為40.50,方案3為41.74?？椢锇锥认陆狄环矫媸怯捎谠诟邷乇汉婀こ讨校瑱幟仕釙?huì)脫水成酐，另一方面是檸檬酸上的羥基與鄰近碳原子上的氫受熱脫水生成不飽和羧酸，如烏頭酸、衣康酸和檸康酸等，這些不飽和酸的分子結(jié)構(gòu)中易發(fā)色的共軛雙鍵系統(tǒng)使織物泛黃。方案2中加入的柔軟劑除具有柔軟作用外還有提高織物白度的作用，方案3采用半干法使得整理液中游離的多元羧酸的含量大大降低。

2.3 透氣性

如圖3所示給出了3種方案處理的織物的透氣率分布以及單塊織物透氣率的對(duì)照?qǐng)D，從圖中可看出接枝β-環(huán)糊精的織物透氣量都大大下降了。方案1、2、3的接枝率是依次增大的，其透氣性與之成反比，依次增大。經(jīng)分析，原因可能是隨著接枝量的增大，檸檬酸與織物之間的反應(yīng)程度越大，因?yàn)槔w維素耐堿不耐酸，所以在接枝過(guò)程中對(duì)纖維素纖維表面刻蝕越大，增大了纖維上的微孔，導(dǎo)致透氣量增大。接枝β-環(huán)糊精后，隨著接枝量的增大，纖維表面接枝的物質(zhì)越多，這會(huì)增大纖維與纖維之間、紗線(xiàn)與紗線(xiàn)之間的空隙，導(dǎo)致透氣量增大。

圖3 3種方案下織物透氣性

2.4 折皺回復(fù)角

如表1所示給出了3種方案下織物折皺回復(fù)角，經(jīng)處理后織物的耐皺性能大幅提高。折皺回復(fù)角增大，即檸檬酸與織物之間的交聯(lián)程度越大。

表1 3種方案下織物折皺回復(fù)角對(duì)比 單位：(°)

2.5 撕破強(qiáng)力

如表2所示給出了3種方案下處理織物撕破強(qiáng)力的變化，從圖中可得出，3種方案的撕破強(qiáng)力保留率分別為原織物的42.5%、46.78%、54.89%?？椢飶?qiáng)力下降的原因有兩個(gè)，一是整理液的酸性介質(zhì)對(duì)棉纖維的水解，另一個(gè)是纖維間的交聯(lián)引起的[10]。在撕破過(guò)程當(dāng)中，由于纖維分子、分子鏈段等被交聯(lián)后，許多鏈節(jié)被凍結(jié)，活動(dòng)受到很大限制，在受到外力作用時(shí)，難以通過(guò)分子鏈的滑移和蠕動(dòng)來(lái)分散和平衡應(yīng)力，所以撕破強(qiáng)力有很大的下降。方案2中因加入了一定濃度的改性硅油作為柔軟劑，使得紗線(xiàn)與紗線(xiàn)之間的活動(dòng)范圍增大，能分擔(dān)所受到的作用力，方案3的強(qiáng)力改善是由于檸檬酸與織物之間的交聯(lián)減少，使得被凍結(jié)的鏈節(jié)數(shù)減少。

表2 3種方案下織物撕破強(qiáng)力對(duì)比

2.6 織物上β-環(huán)糊精的驗(yàn)證

如圖4所示給出了原布以及3種方案處理的織物滴加酚酞-NaOH溶液后，在不同時(shí)間織物表面的溶液變化情況。定性測(cè)試織物上β-環(huán)糊精原理是利用β-CD與酚酞形成包結(jié)物的特性,通過(guò)氫鍵和范德華力使紅色的酚酞二價(jià)陰離子發(fā)生分子扭曲,共軛發(fā)色體系被破壞而使紅色變淺,且環(huán)糊精含量越高，顏色變得越淺，而未處理織物表面的顏色基本不變[11]。

原 布 2 s后 10 s后

5 min 10 min 30 min圖4 滴加酚酞-NaOH溶液后織物在不同時(shí)刻的表面狀況

2.7 耐水洗性

如表3所示給出了3種方案織物的耐水洗性能，經(jīng)多次水洗，織物質(zhì)量下降不大，失重率最大為4%，耐水洗性能較好。

表3 3種方案的織物耐水性

3 結(jié)論

(1)使用檸檬酸、次亞磷酸鈉以及β-環(huán)糊精在水熱條件下處理純棉織物，在高溫條件下焙烘5min，處理織物的增重率可達(dá)20%以上。

(2)通過(guò)強(qiáng)力測(cè)試發(fā)現(xiàn)織物強(qiáng)力下降較多，因此提出兩種方案來(lái)改善織物強(qiáng)力，一是整理液中添加柔軟劑，一是通過(guò)半干法先合成β-環(huán)糊精衍生物再進(jìn)行織物接枝。測(cè)試結(jié)果表明，兩種方案均可改善織物強(qiáng)力、提高接枝率和織物白度，3種方案處理的織物耐水洗性良好。

(3)提出的兩種方案解決織物強(qiáng)度下降的問(wèn)題有一定效果，但還不足以從根本上解決問(wèn)題，限制了其在很多方面的應(yīng)用，還需進(jìn)一步研究。

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2015年上半年我國(guó)紡織行業(yè)運(yùn)行情況

一、生產(chǎn)增速回落

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，1～6月，規(guī)模以上紡織企業(yè)工業(yè)增加值同比增長(zhǎng)6.8%，比上年同期回落0.7個(gè)百分點(diǎn)。其中紡織業(yè)，紡織服裝、服飾行業(yè)，化學(xué)纖維行業(yè)增加值分別同比增長(zhǎng)7.1%、5.1%和12.0%。

二、運(yùn)行平穩(wěn)向好

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，1～6月紡織行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入31 881億元，同比增長(zhǎng)5.4%；實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額1 577億元，同比增長(zhǎng)9.4%；虧損企業(yè)虧損面15.8%，比上年低0.2個(gè)百分點(diǎn)，虧損企業(yè)虧損總額同比下降10.8%。

三、出口總額下降

據(jù)國(guó)家海關(guān)數(shù)據(jù)，1～6月，紡織品服裝出口總額為1 319億美元，同比下降2.9%。其中，對(duì)歐洲出口下降13.6%，對(duì)日本出口下降12.5%。

四、投資有所回升

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，1～6月，我國(guó)紡織行業(yè)500萬(wàn)元以上項(xiàng)目固定資產(chǎn)投資完成額5 245億元，同比增長(zhǎng)15.4%。行業(yè)新開(kāi)工項(xiàng)目數(shù)呈現(xiàn)增速提升勢(shì)頭，新開(kāi)工項(xiàng)目8 088項(xiàng)，同比增長(zhǎng)11.0%，增速比去年同期高10.9個(gè)百分點(diǎn)。

(來(lái)源：工業(yè)和信息化部網(wǎng)站)

Study on the Grafting Modification Process of Cotton Fabric Using β-cyclodextrin

LI Xin

(School of Textile and Materials, Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048, China)

Under hydrothermal conditions, β- cyclodextrin was grafted onto cotton fabric using the finishing solution of a certain concentration of citric acid, sodium hypophosphite, β- cyclodextrin to impregnate the fabric at high temperature and baking some time. The weight gain rate, whiteness, permeability, wrinkle recovery angle, washable performance and tear strength of the fabric were tested. The results showed that the weight gain rate of the finished fabric reached more than 20%, had better washing performance, but the whiteness, permeability, tear strength decreased significantly. Two improvement programs for the fabric strength were proposed, one was adding fabric softener and the other one was preparing citric acid-β-cyclodextrin derivative using a semidry reaction method. The testing results indicated that the fabric strength and whiteness were both improved.

β-cyclodextrin; citric acid; cotton fabric; graft modification

2015-04-18

李 鑫(1983-)，男，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔棽牧吓c紡織品設(shè)計(jì)，E-mail:yiyi1973yiyi@163.com。

TQ

A

1673-0356(2015)04-0028-04