鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物性能的影響

林燕萍

江西服裝學(xué)院服裝管理分院(中國)

棉織物因舒適柔軟、成本低廉等特點(diǎn)，備受消費(fèi)者的青睞。然而，棉織物彈性較差，容易折皺起痕，且不易回復(fù)，嚴(yán)重影響織物的美觀及服用性能［1］。近年來，不少研究者通過對棉纖維進(jìn)行接枝改性，在很大程度上改善了棉織物的服用性能，如，文獻(xiàn)［2］介紹了采用殼聚糖對棉纖維進(jìn)行接枝改性，提高了棉織物的折皺回復(fù)率;文獻(xiàn)［3］介紹了采用殼聚糖與AgCl-TiO2對棉織物進(jìn)行接枝改性，改性后的棉織物對大腸埃希菌具有較好的抗菌效果;文獻(xiàn)［4］介紹了采用TiO2對棉纖維進(jìn)行改性，極大地提高了棉纖維的透氣性、手感和保暖性能。本文采用鹽酸對羊毛角蛋白進(jìn)行水解，然后采用水解后的羊毛角蛋白對棉織物進(jìn)行改性整理，并測試改性整理后織物的主要性能，尋找較佳的羊毛角蛋白水解時間。研究旨在為棉織物性能改良提供一定的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

普梳純棉中平織物(經(jīng)、緯紗線密度為27.8 tex× 27.8 tex，經(jīng)、緯密為480根/10 cm×320根/10 cm，幅寬為112 cm，鄭州華潤紡織服飾有限責(zé)任公司)、脫脂羊毛(羊毛平均直徑為17.68 μm，加權(quán)平均長度為68 mm，天津東亞毛紡廠集團(tuán)有限公司)、丙酮(東莞市新都化工有限公司)、尿素(廊坊鵬彩精細(xì)化工有限公司)、十二烷基硫酸鈉(淄博俱進(jìn)化工有限公司)、硫化鈉(無錫市沃濤化工產(chǎn)品有限公司)、鹽酸(蘇州市博洋化學(xué)品有限公司)、氫氧化鈉(天津市海川化工有限公司)、戊二醛(鄭州優(yōu)然化工有限公司)、氯化鎂(山東萬利通實(shí)業(yè)有限公司)、硅膠干燥劑(南京特廣新材料有限公司)，以上化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器

DHG-9240A型立式鼓風(fēng)干燥箱(上海和呈儀器制造有限公司)、SDH05型恒溫恒濕試驗(yàn)箱(上海建恒儀器有限公司)、JA11003N型電子分析天平(量程為1 100 g，精度為1 mg，上海丙林電子科技有限公司)、HH-4型恒溫水浴鍋(江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠)、透析帶(北京鴻躍科技有限公司，截留相對分子質(zhì)量為8 000～14 000)、FZY-M305A型小樣軋車(北京同德創(chuàng)業(yè)科技有限公司)、YG 811型織物懸垂性測定儀(興市元茂機(jī)電設(shè)備有限公司)、Instron 5582型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)(美國英斯特朗公司)、LFY-1B型織物折痕回復(fù)性能測試儀(東莞市胤程檢測儀器有限公司)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 羊毛角蛋白溶液的制備及其對棉織物的改性整理

分析當(dāng)前提取羊毛角蛋白主要的方法［5-8］發(fā)現(xiàn)，羊毛在尿素/硫化鈉/十二烷基硫酸鈉混合溶液中具有較好的溶解性，提取的羊毛角蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，且制備的羊毛角蛋白溶液的穩(wěn)定性也較好。為此，本文參照文獻(xiàn)［9］，選用尿素/硫化鈉/十二烷基硫酸鈉羊毛角蛋白提取工藝制備羊毛角蛋白溶液。

將脫脂羊毛纖維按1∶10的浴比放入丙酮溶液中浸泡30 min后取出，用去離子水對羊毛纖維進(jìn)行清洗，去除羊毛纖維表面的雜質(zhì)。將清洗后的羊毛纖維放入溫度為50℃的DHG-9240A型立式鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒定質(zhì)量。采用JA11003N型電子分析天平分別稱取12.0 g尿素、13.5 g硫化鈉和630.0 g十二烷基硫酸鈉，然后將稱量好的化學(xué)試劑投入1 500 mL的蒸餾水中，攪拌均勻直至其完全溶解。將尿素/硫化鈉/十二烷基硫酸鈉混合溶液均分成5份，每份300 mL。稱取已去除雜質(zhì)后的脫脂羊毛共5份，每份15 g，用剪刀將羊毛纖維剪成纖維碎末后，分別投入尿素/硫化鈉/十二烷基硫酸鈉混合溶液中。將裝有羊毛纖維末的尿素/硫化鈉/十二烷基硫酸鈉混合溶液分別放置在溫度為40℃的恒溫水浴鍋中，直至羊毛纖維完全溶解。將含羊毛纖維的尿素/硫化鈉/十二烷基硫酸鈉混合溶液倒入用去離子水反復(fù)清洗過的透析袋中進(jìn)行透析過濾，制備羊毛角蛋白溶液。

將制備的羊毛角蛋白溶液放置在溫度為50℃的恒溫恒濕水浴鍋中，取17.5 mL質(zhì)量濃度為120 g/L的鹽酸溶液加入羊毛角蛋白溶液中，不斷攪拌，使羊毛角蛋白溶液在恒溫條件下分別水解45、90、135和180 min，并分別在水解結(jié)束前10 min加入10.5 mL戊二醛，水解結(jié)束前5 min加入3.9 g氯化鎂。

水解完成后，取質(zhì)量濃度為120 g/L的氫氧化鈉溶液對羊毛角蛋白溶液進(jìn)行中和，直至羊毛角蛋白溶液的pH值呈中性。稱取棉織物試樣10 g，共稱取5份，分別投入未經(jīng)鹽酸水解處理與分別經(jīng)鹽酸水解處理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液中，在50℃的恒溫條件下浸泡處理3 h后取出，采用FZY-M305A型小樣軋車對棉織物試樣進(jìn)行軋壓處理后，放入溫度為80℃的烘箱中預(yù)烘5 min。將預(yù)烘后的棉織物再在溫度為120℃條件下烘燥3 min后，用蒸餾水洗去棉織物試樣表面殘留的羊毛角蛋白后，在50℃條件下干燥至恒定質(zhì)量。

1.3.2 交聯(lián)接枝率測試

采用式(1)計(jì)算棉織物羊毛角蛋白的交聯(lián)接枝率。重復(fù)試驗(yàn)5次，取5次計(jì)算結(jié)果的平均值。

式中:W——棉織物羊毛角蛋白改性后的交聯(lián)接枝率，%;

Ga——羊毛角蛋白改性后棉織物試樣的質(zhì)量，g;

G0——羊毛角蛋白改性前棉織物試樣的質(zhì)量，g。

1.3.3 力學(xué)性能測試

1.3.4 懸垂性測試

依據(jù) FZ/T 01045—1996《織物懸垂性試驗(yàn)方法》，采用YG 811型織物懸垂性測定儀測試未經(jīng)鹽酸水解處理與分別經(jīng)鹽酸水解處理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液改性整理后棉織物的懸垂系數(shù)。懸垂系數(shù)越小，織物的懸垂性越好。

1.3.5 折皺回復(fù)性測試

依據(jù)GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測定回復(fù)角法》，采用LFY-1B型織物折痕回復(fù)性能測試儀測試未經(jīng)鹽酸水解處理與分別經(jīng)鹽酸水解處理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液改性整理后棉織物的折皺回復(fù)角。折皺回復(fù)角越小，織物的抗皺性與彈性越差。

1.3.6 透濕性測試

分別稱取5份20 g的硅膠干燥劑，并分別置于300 mL的干燥燒杯中。在測試織物的透濕性能前，將未經(jīng)鹽酸水解處理和分別經(jīng)鹽酸水解處理45、90、135和180 min的羊毛角蛋白溶液整理后棉織物試樣放置在溫度為20℃、相對濕度為65%的恒溫恒濕試驗(yàn)箱中平衡24 h。采用平衡后的棉織物試樣將燒杯的杯口密封，并將密封后的燒杯在溫度為20℃、相對濕度為65%的恒溫恒濕試驗(yàn)箱中放置2 h后取出，稱取干燥劑的質(zhì)量。使用式(2)計(jì)算棉織物試樣的透濕率。重復(fù)試驗(yàn)5次，取5次測試計(jì)算結(jié)果的平均值。

式中:Y——棉織物試樣的絕對透濕量，g/(cm2·h);

大數(shù)據(jù)技術(shù)掀起了新的技術(shù)革命，目前在各行各業(yè)都有了長足的發(fā)展和應(yīng)用。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是指大數(shù)據(jù)技術(shù)、理念和思維在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。從更深層次考慮，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是智慧化、協(xié)作化、智能化、精準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、先覺泛在的現(xiàn)代信息技術(shù)不斷發(fā)展而衍生的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的高級階段[4]。

Ma——平衡后干燥劑的質(zhì)量，g;

M0——平衡前干燥劑的質(zhì)量，g;

S——燒杯杯口的面積，cm2;

t——透濕時間，h。

2 結(jié)果與討論

鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物的交聯(lián)接枝率與性能的影響如表1所示。

表1 鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物的交聯(lián)接枝率與性能的影響

2.1 交聯(lián)接枝率

羊毛角蛋白改性棉織物的交聯(lián)接枝率隨鹽酸水解羊毛角蛋白時間的變化如表1和圖1所示?？梢钥闯?，鹽酸水解羊毛角蛋白時間不超過135 min時，羊毛角蛋白改性棉織物的交聯(lián)接枝率隨著水解時間的增加而逐漸增大，在水解時間為135 min時交聯(lián)接枝率達(dá)到峰值，之后隨著水解時間的增加交聯(lián)接枝率呈下降趨勢。

圖1 鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物交聯(lián)接枝率的影響

采用高斯函數(shù)對圖1進(jìn)行擬合(擬合誤差小于0.000 3)，得式(3)。對式(3)進(jìn)行一階求導(dǎo)，可得水解時間為0～135 min時，隨著水解時間的增加，羊毛角蛋白改性棉織物的交聯(lián)接枝率逐漸增大，且增幅不斷減小。在水解時間為180 min時，交聯(lián)接枝率呈較大幅度的下降。

式中:y1——交聯(lián)接枝率，%;

x——鹽酸水解羊毛角蛋白時間，min。

2.2 力學(xué)性能

羊毛角蛋白改性棉織物的力學(xué)性能隨鹽酸水解羊毛角蛋白時間的變化如表1和圖2所示?？梢钥闯?，鹽酸水解羊毛角蛋白時間不超過135 min時，羊毛角蛋白改性棉織物的斷裂強(qiáng)力隨著鹽酸水解時間的增加逐漸下降，斷裂伸長率則逐漸上升，且兩者的變化幅度均較小，而水解時間為180 min時，兩者的變化幅度劇增，棉織物的力學(xué)性能顯著下降。

圖2 鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物力學(xué)性能的影響

2.3 織物懸垂性

羊毛角蛋白改性棉織物的懸垂系數(shù)隨鹽酸水解羊毛角蛋白時間的變化如表1和圖3所示?？梢钥闯?，鹽酸水解羊毛角蛋白時間不超過135 min時，羊毛角蛋白改性棉織物的懸垂系數(shù)隨著水解時間的增加而逐漸降低，在水解時間為135 min時達(dá)到最低值，之后隨著水解時間的增加而增大。這是由于當(dāng)水解時間不超過135 min時，隨著水解時間的增加，羊毛角蛋白的交聯(lián)接枝率逐漸增大，使得棉織物的柔韌性與懸垂性得以改善。而水解時間超過135 min后，羊毛角蛋白改性棉織物的交聯(lián)接枝率隨著水解時間的增加不斷減小，使得棉織物的柔韌性與懸垂性變差。

圖3 鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物懸垂系數(shù)的影響

2.4 折皺回復(fù)性

羊毛角蛋白改性棉織物的折皺回復(fù)角隨鹽酸水解羊毛角蛋白時間的變化如表1和圖4所示?？梢钥闯?，鹽酸水解羊毛角蛋白時間不超過135 min時，羊毛角蛋白改性棉織物的折皺回復(fù)角隨著水解時間的增加而逐漸增大，在水解時間為135 min時達(dá)到最高值，之后隨著水解時間的增加而減小。這是由于鹽酸水解羊毛角蛋白時間不超過135 min時，交聯(lián)接枝率隨水解時間的增加而增加，織物的彈性提高;當(dāng)水解時間超過135 min時，織物的彈性下降，折皺回復(fù)角減小。此外，織物正面的折皺回復(fù)角變化幅度始終高于反面，這是由于織物的正、反面在織造過程中受到的織機(jī)張力不同，致使織物正、反面光潔度和緊度不同造成的。

圖4 鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物折皺回復(fù)率的影響

2.5 透濕性

羊毛角蛋白改性棉織物的透濕量隨鹽酸水解羊毛角蛋白時間的變化如表1和圖5所示。可以看出，鹽酸水解羊毛角蛋白時間不超過135 min時，羊毛角蛋白改性棉織物的透濕量隨著水解時間的增加而逐漸降低，在水解時間為135 min時達(dá)最低值，隨著水解時間增加至180 min，羊毛角蛋白改性棉織物的透濕量又有所升高。這是因?yàn)楫?dāng)水解時間不超過135 min時，隨著水解時間的增加，羊毛角蛋白的交聯(lián)接枝率逐漸增大，使得棉織物的孔隙率降低，緊度變大，織物的透濕量下降;而水解時間超過135 min時，羊毛角蛋白的交聯(lián)接枝率減小，改性棉織物的孔隙率升高，緊度降低，織物的透濕量隨之增大。即羊毛角蛋白的交聯(lián)接枝率越高，織物的透濕量越小。

圖5 鹽酸水解時間對羊毛角蛋白改性棉織物透濕量的影響

3 結(jié)論

通過分析鹽酸水解羊毛角蛋白時間對棉織物性能的影響可知:鹽酸水解時間不超過135 min時，隨著水解時間的增加，棉織物的交聯(lián)接枝率增大，懸垂性及折皺回復(fù)性得以改善，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率變化不明顯，透濕量則有所降低;鹽酸水解時間超過135 min后，改性后棉織物的交聯(lián)接枝率隨著水解時間的增加而減小，懸垂性及折皺回復(fù)性下降，力學(xué)性能顯著下降。綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)可知，鹽酸水解羊毛角蛋白時間為135 min時，對棉織物的改性效果較佳。

［1］ 劉倩，沈蘭萍，盧士艷.棉織物緊度對其熱濕舒適性能的影響［J］.西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，27(1):29-32.

［2］ 許云輝，劉新，張英.殼聚糖接枝改性單羧基棉織物的結(jié)構(gòu)及性能［J］.紡織學(xué)報(bào)，2014，35(6):14-24.

［3］ ARAIN R A，KHATRI Z，MEMON M H，et al.Antibacterial property and characterization of cotton fabric treated with chitosan/ AgCl-TiO2colloid［J］.Carbohydr polym，2013，96(1):326 -331.

［4］ 朱林林.棉纖維表面納米TiO2改性及復(fù)合染色［D］.西安:西安工程大學(xué)，2012.

［5］ 賈濟(jì)如，姚金波.廢棄羊毛角蛋白循環(huán)利用研究的最新進(jìn)展［J］.毛紡科技，2015，43(1):46-48.

［6］ 王潔，劉建勇，王爍，等.還原法羊毛角蛋白的提取及對比研究［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2014，28(2):46-50.

［7］ 王潔，劉建勇.還原法溶解體系提取的羊毛角蛋白及其應(yīng)用［J］.上海紡織科技，2013，41(9):12-16.

［8］ 徐恒星，史吉華，周奧佳.羊毛角蛋白的提取及其成膜性［J］.紡織學(xué)報(bào)，2012，33(6):41-47.

［9］ 茍明霞，楊旭紅，孟廣利.羊毛角蛋白的提取方法［J］.毛紡科技，2011，39(3):18-21.