絲素/TiO2復(fù)配液對(duì)棉整理品抗皺、抗紫外性能的影響

唐 志 娟

(中原工學(xué)院 信息商務(wù)學(xué)院，鄭州 451191)

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絲素/TiO2復(fù)配液對(duì)棉整理品抗皺、抗紫外性能的影響

唐 志 娟

(中原工學(xué)院 信息商務(wù)學(xué)院，鄭州 451191)

摘要:采用無水碳酸鈉和氫氧化鈉處理原蠶絲織物，進(jìn)行脫膠、溶脹、降解等一系列處理得到的絲素蛋白溶液；再將絲素蛋白溶液與納米TiO2顆粒復(fù)配，分析復(fù)配整理劑中絲素和納米TiO2的不同配比對(duì)棉整理品的抗皺和抗紫外性能的影響，并確定最佳絲素/TiO2復(fù)配整理液；最后確定后整理的最佳工藝條件：交聯(lián)劑(戊二醛)的質(zhì)量濃度、軋余率、焙烘溫度和時(shí)間。結(jié)果表明：絲素/TiO2復(fù)配整理劑中絲素與TiO2的質(zhì)量比為15︰4時(shí)，可使棉整理品的抗皺和抗紫外性能達(dá)到最佳；后處理工藝中戊二醛交聯(lián)劑的最佳質(zhì)量濃度為12 g/L，焙烘溫度為130 ℃，焙烘時(shí)間為120 s，軋余率為105%。

關(guān)鍵詞:絲素/TiO2；質(zhì)量比；棉織物整理；抗皺性能；抗紫外性能

棉織物具有透氣性好、染色性能好、材質(zhì)柔軟、不易起毛球等優(yōu)良特性，在服裝和家私領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但其在使用和清洗過程中容易起皺且過后不易復(fù)原。雖然傳統(tǒng)的抗皺整理方法有很多，如低甲醛整理，2D樹脂整理等，但經(jīng)這些抗皺整理后的棉織物存在甲醛釋放的問題，不僅污染了環(huán)境，而且嚴(yán)重威脅著人體健康。樹脂整理法是棉織物傳統(tǒng)防皺整理法中較常用的一種，但整理后的棉織物抗斷裂強(qiáng)度性能下降、易磨損，部分經(jīng)樹脂整理后的棉織物帶有異味，倘若處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致棉織物出現(xiàn)泛黃和破損。因此開發(fā)綠色、環(huán)保的棉織物整理技術(shù)迫在眉睫，生態(tài)功能整理成為發(fā)展趨勢(shì)[1]。例如，用殼聚糖整理后的棉織物不但具有良好的抗菌性能和生物活性，而且其來源廣泛，資源豐富，無毒無污染[2]；絲素蛋白整理劑中富含氨基酸，不但對(duì)皮膚具有保健作用[3-5]，而且經(jīng)整理后的棉和麻都具有抗皺性、蓬松性、伸縮性、形狀記憶性等優(yōu)良特性[6]；納米TiO2不僅具有良好的安全性及穩(wěn)定性等性能，而且具有屏蔽強(qiáng)紫外線的能力[7]，應(yīng)用于紡織品的功能整理可賦予棉織物抗紫外、抗菌、抗老化等性能。鄧樺等[8]探究了納米TiO2對(duì)棉織物抗紫外性能的影響；蔣林豪等[9]探究了絲素蛋白溶液對(duì)棉織物抗皺性能影響；張玉芬等[10]用絲素蛋白整理棉織物探究絲素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)棉織物性能的影響，且在此基礎(chǔ)上復(fù)配了TiO2探究整理劑中TiO2的含量對(duì)棉織物性能和結(jié)構(gòu)的影響，然而交聯(lián)劑(戊二醛)質(zhì)量濃度、軋余率、焙烘溫度和焙烘時(shí)間這四方面對(duì)棉織物性能的影響未有詳細(xì)的研究。本研究課題組前期已經(jīng)對(duì)無水碳酸鈉處理原蠶絲織物的脫膠條件和絲素蛋白溶液對(duì)棉織物抗皺性能做了研究分析，并得出了最佳脫膠條件和絲素蛋白的降解條件[9]。在此基礎(chǔ)上，本研究將絲素蛋白溶液與TiO2復(fù)配，探討復(fù)配整理劑中絲素和TiO2含量對(duì)棉整理品抗紫外和抗皺性能的影響，以期獲得最佳質(zhì)量濃度比的絲素/TiO2復(fù)配整理劑和后整理最佳工藝。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1儀器及材料

納米TiO2顆粒(分析純，南京天行新材料有限公司)；戊二醛(分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；電子天平(JA5003，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DGG-9240B，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；FAST織物折皺回復(fù)性能測(cè)試儀(UV-2450，日本島津)；HB902紫外線透過率分析儀(YG(B)541E，溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2方法

1.2.1絲素/TiO2復(fù)配整理劑的制備

把所制備的不同質(zhì)量濃度的絲素溶液和納米TiO2顆粒進(jìn)行復(fù)配，確定絲素/TiO2復(fù)配整理劑中最佳絲素和納米TiO2的質(zhì)量濃度比。

a)最佳絲素質(zhì)量濃度的研究。初定納米TiO2質(zhì)量濃度為5 g/L，分別與10、20、30、40、50 g/L的絲素溶液復(fù)配，用復(fù)配后的整理劑整理棉織物，整理工藝條件為：交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為10 g/L，軋余率為108%，烘焙時(shí)間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測(cè)試其抗皺和抗紫外性能，通過比較確定最佳絲素質(zhì)量濃度。

b)最佳納米TiO2質(zhì)量濃度的研究。采用最佳絲素質(zhì)量濃度為30 g/L，分別與4、6、8、10、12 g/L的納米TiO2顆粒復(fù)配，用復(fù)配后的整理劑整理棉織物，整理工藝條件為：交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為10 g/L，軋余率為108%，烘焙時(shí)間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測(cè)試其抗皺和抗紫外性能，通過比較確定最佳的納米TiO2質(zhì)量濃度，即最終的絲素和納米TiO2的質(zhì)量比。

1.2.2抗皺、抗紫外整理工藝研究

a)交聯(lián)劑(戊二醛)質(zhì)量濃度的研究。在絲素質(zhì)量濃度為30 g/L，納米TiO2質(zhì)量濃度為8 g/L的最佳絲素/TiO2復(fù)配整理劑中滴加不同質(zhì)量濃度的交聯(lián)劑(4、8、12、16、20 g/L)，然后分別整理棉織物。整理工藝為：軋余率為108%，烘焙時(shí)間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測(cè)試整理品的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定交聯(lián)劑的最佳質(zhì)量濃度。

b)軋余率的研究。采用絲素質(zhì)量濃度為30 g/L，納米TiO2質(zhì)量濃度為8 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為12 g/L的工藝來制備絲素/TiO2復(fù)配整理劑，設(shè)定棉織物的軋余率分別為75%、85%、95%、105%、115%，烘焙時(shí)間為120 s，烘焙溫度為130 ℃。測(cè)試整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定最佳的軋余率。

c)焙烘溫度的研究。采用絲素質(zhì)量濃度為30 g/L，納米TiO2質(zhì)量濃度為8 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為12 g/L的工藝條件來制備絲素/TiO2復(fù)配整理劑，軋余率為105%，烘焙時(shí)間為120 s，設(shè)定焙烘的溫度分別為100、110、120、130、140 ℃，測(cè)試整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定最佳的焙烘溫度。

d)焙烘時(shí)間的研究。采用絲素質(zhì)量濃度為30 g/L，納米TiO2質(zhì)量濃度為8 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為12 g/L的工藝條件來制備絲素/TiO2復(fù)配整理劑，軋余率為105%，烘焙溫度為130 ℃，設(shè)定焙烘的時(shí)間分別為30、60、90、120、150 s，測(cè)試整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能，通過最佳的抗皺和抗紫外性來確定最佳的焙烘時(shí)間。

1.2.3棉整理品的性能測(cè)試

a)抗皺性能的測(cè)試。使用FAST織物折皺回復(fù)性能測(cè)試儀，采用水平法測(cè)試織物折皺回復(fù)角(WRA)[11]，包括急彈和緩彈回復(fù)角。測(cè)試前先將試樣熨燙平整，并在溫度20 ℃和相對(duì)濕度65%的條件下平衡24 h，然后每個(gè)樣品取10個(gè)試樣進(jìn)行回復(fù)角測(cè)試，取平均值，試樣規(guī)格2 cm×2 cm。測(cè)定整理前棉織物的急彈回復(fù)角和緩彈回復(fù)角分別為65.53°和85.51°。

b)抗紫外性能的測(cè)試。使用HB902紫外線透過率分析儀測(cè)試整理前和整理后棉織物的紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF值)[11]，采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18830—2002《紡織品 防紫外線性能的評(píng)定》來評(píng)價(jià)織物抗紫外效果，UPF值越高，表示棉織物的抗紫外線性能越好，其中當(dāng)UPF值大于30時(shí)，可稱為抗紫外線織物。測(cè)得整理前棉織物的UPF值為18.04。

2　結(jié)果與討論

2.1絲素/納米TiO2顆粒復(fù)配質(zhì)量濃度比的影響

圖1　絲素質(zhì)量濃度對(duì)棉整理品性能的影響Fig.1　Effect of silk fibroin mass concentration on the properties of cotton fabrics

絲素質(zhì)量濃度對(duì)棉整理品性能影響如圖1所示。在絲素質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí)，折皺回復(fù)角達(dá)到最大；當(dāng)絲素質(zhì)量濃度大于30 g/L時(shí)，棉織物的折皺回復(fù)性隨著絲素質(zhì)量濃度的增加而逐漸降低。折皺回復(fù)性變化的原因是當(dāng)絲素質(zhì)量濃度小于30 g/L時(shí)，纖維素可以充分與絲素蛋白發(fā)生網(wǎng)狀交聯(lián)，因此隨著絲素質(zhì)量濃度的增加折皺回復(fù)性逐漸提高。而當(dāng)絲素質(zhì)量濃度大于30 g/L后，絲素蛋白分子之間會(huì)發(fā)生纏結(jié)，使絲素分子的可及性降低從而減少了網(wǎng)狀交聯(lián)，使得棉織物的折皺回復(fù)性不斷下降[10]?？棺贤庑阅艿淖兓且?yàn)楫?dāng)絲素質(zhì)量濃度小于30 g/L時(shí)，因絲素質(zhì)量濃度較低而對(duì)棉織物抗紫外性能影響不大，容易表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，此趨勢(shì)與張玉芬等[10]的研究相一致；而當(dāng)絲素質(zhì)量濃度大于30 g/L時(shí)，因?yàn)榻z素蛋白中的酚羥基具有吸收紫外線的功能，更是絲素復(fù)合了納米TiO2顆粒后，增強(qiáng)了棉織物的抗紫外性能，因此整理后棉織物的UPF值相比整理前有所提高。

納米TiO2質(zhì)量濃度對(duì)棉整理品性能影響如圖2所示。當(dāng)納米TiO2質(zhì)量濃度小于8 g/L時(shí)，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能隨著納米TiO2質(zhì)量濃度的增加而增強(qiáng)，在納米TiO2質(zhì)量濃度為8 g/L達(dá)到最佳；當(dāng)納米TiO2質(zhì)量濃度大于8 g/L時(shí)，棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸降低。抗皺性能的變化是因?yàn)槔w維素鏈中的氫鍵被Ti=O鍵打開，使纖維素與絲素分子發(fā)生鏈交聯(lián)，并且納米TiO2能夠促使處于游離狀態(tài)且沒有形成交聯(lián)的絲素分子與纖維素發(fā)生鏈交聯(lián)，進(jìn)而提高棉整理品的折皺回復(fù)性能。但是當(dāng)納米TiO2質(zhì)量濃度過高時(shí)，過量的納米TiO2發(fā)生團(tuán)聚，不利于鏈交聯(lián)的進(jìn)行，致使折皺回復(fù)性能呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。因?yàn)榧{米TiO2的顆粒大小會(huì)直接影響其抗紫外性能，粒徑小的顆粒對(duì)紫外線的吸收性能強(qiáng)，故整理后棉織物的抗紫外性高。但當(dāng)TiO2含量過低時(shí)所含的粒子數(shù)量較少，而含量過高時(shí)又會(huì)出現(xiàn)粒子團(tuán)聚，都不利于對(duì)紫外線的吸收[12]。

由此可見，在絲素/TiO2復(fù)配整理劑中，絲素和TiO2的最佳質(zhì)量比為15︰4。

圖2　納米TiO2質(zhì)量濃度對(duì)棉整理品性能的影響Fig.2　Effect of Nano TiO2 mass concentration on the properties of cotton fabrics

2.2棉織物整理工藝因素的影響

2.2.1交聯(lián)劑(戊二醛)質(zhì)量濃度和軋余率的影響

戊二醛質(zhì)量濃度對(duì)棉整理品性能的影響如圖3所示。圖3顯示，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量濃度的增加，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸提高。在交聯(lián)劑質(zhì)量濃度達(dá)到12 g/L時(shí)，棉織物的抗皺和抗紫外性能都達(dá)到最佳狀態(tài)；繼續(xù)添加交聯(lián)劑，抗皺和抗紫外性能幾乎保持不變。所以經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，交聯(lián)劑的最佳質(zhì)量濃度為12 g/L。

圖3　戊二醛質(zhì)量濃度對(duì)棉整理品性能的影響Fig.3　Effect of Glutaraldehyde mass concentration on the properties of cotton fabrics

軋余率對(duì)棉整理品性能的影響如圖4所示。圖4可見，隨著軋余率的增大，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸提高。這是因?yàn)檐堄嗦试酱?，進(jìn)入棉織物內(nèi)部的絲素/TiO2復(fù)配整理劑越多，增加了與棉纖維發(fā)生交聯(lián)的機(jī)會(huì)。當(dāng)軋余率達(dá)到105%，其抗皺和抗紫外的性能已經(jīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，之后不再發(fā)生變化。所以經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知，最佳的軋余率為105%。

圖4　軋余率對(duì)棉整理品性能的影響Fig.4　Effect of liquor detention on the properties of cotton fabrics

2.2.2焙烘溫度和時(shí)間的影響

烘焙溫度和烘焙時(shí)間對(duì)棉整理品性能的影響如圖5和圖6所示。圖5顯示，隨著焙烘溫度的增加，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能都逐漸提高。但是當(dāng)焙烘溫度超過130 ℃時(shí)，焙烘后的棉織物開始泛黃，不符合整理要求。所以綜合考慮，焙烘的最佳溫度為130 ℃。圖6顯示，隨著焙烘時(shí)間的增加，整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能逐漸提高。但是當(dāng)焙烘時(shí)間超過120 s時(shí)，焙烘后的棉織物開始泛黃，不符合整理要求。所以綜合考慮，焙烘的最佳時(shí)間為120 s。

圖5　焙烘溫度對(duì)棉整理品性能的影響Fig.5　Effect of baking temperature on the properties of cotton fabrics

圖6　焙烘時(shí)間對(duì)棉整理品性能的影響Fig.6　Effect of baking time on the properties of cotton fabrics

經(jīng)最佳工藝(戊二醛交聯(lián)劑質(zhì)量濃度12 g/L，軋余率105%，焙烘溫度130 ℃，焙烘時(shí)間120 s)整理，棉整理品的質(zhì)量指標(biāo)(如折皺回復(fù)角和UPF值)如表1所示。表1顯示，整理后棉織物的折皺回復(fù)性能和抗紫外性能均有所提高。

表1　整理前后試樣的折皺回復(fù)角和UPF值比較

3　結(jié)　論

采用絲素/TiO2復(fù)配液整理棉織物，探究整理后棉織物的抗皺和抗紫外性能的變化，可以發(fā)現(xiàn)：在絲素/TiO2復(fù)配整理劑中，當(dāng)絲素質(zhì)量濃度為30 g/L、TiO2質(zhì)量濃度為8 g/L、絲素與TiO2的質(zhì)量比為15︰4時(shí)，棉整理品的抗紫外、抗皺性能達(dá)到最佳。在后期整理的工藝中，當(dāng)戊二醛交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為12 g/L，軋余率為105%，焙烘時(shí)間為120 s，焙烘溫度為130 ℃時(shí)，可使棉織物UPF和急彈、緩彈回復(fù)角提高到51.31和87.14°、106.53°。由此可知，整理后的棉織物抗皺和抗紫外性能都有較大的提高。

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DOI:10.3969/j.issn.1001-7003.2016.02.003

收稿日期:2015-09-12; 修回日期: 2015-12-28

基金項(xiàng)目:河南省科學(xué)技術(shù)廳軟科學(xué)研究項(xiàng)目(142400411077)

作者簡(jiǎn)介:唐志娟(1982—)，女，講師，主要從事服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與服裝面料的研究。

中圖分類號(hào):TS195.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1001-7003(2016)02-0014-05引用頁碼: 021103

Study on influence of silk fibroin/TiO2composites on anti-wrinkle and anti-UV properties of cotton fabrics

TANG Zhijuan

(College of Information and Business, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 451191, China)

Abstract:This paper adopt anhydrous sodium carbonate and sodium hydroxide to treat the unprocessed silk fabric. Silk fibroin is got by degumming, swelling, degrading and other methods, and compounded it with nano-TiO2 particles. Besides, this paper analyzes the influence of different proportions of silk fibroin and TiO2 on anti-wrinkle property and anti-UV property of cotton fabrics and confirms the optimal silk fibroin/TiO2 compound. Finally, the best technological conditions such as the dosage of cross-linking agent, liquor detention, baking temperature and baking time were confirmed. The results show that when the mass ratio of fibroin and TiO2 is 15︰4, anti-wrinkle property and anti-UV property of cotton fabrics will achieve the top state; in the post-treatment process, the best mass concentration of glutaraldehyde cross-linking agent is 12 g/L; the best baking temperature is 130 ℃; the best baking time is 120 s and liquor detention is 105%.

Key words:silk fibroin/TiO2; mass ratio;cotton fabric finish; anti-wrinkle property; anti-UV property