絲膠蛋白水解溶液整理滌綸織物的染色性能

盧 聲，孟 輝，程德紅，林 杰，路艷華

（遼東學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，遼寧省功能紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧丹東 118000）

蠶絲由絲膠蛋白和絲素蛋白組成，絲膠蛋白在蠶絲的外層，由膠原蛋白構(gòu)成，占總質(zhì)量的20%～30%。絲膠蛋白分子質(zhì)量高，空間結(jié)構(gòu)以無規(guī)則卷曲為主，并含有β-折疊，無α-螺旋結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)松散、無序，故絲膠蛋白易溶于熱水、稀酸和稀堿，且易被酶分解。絲膠蛋白鏈上含有許多側(cè)鏈較長(zhǎng)的氨基酸，如精氨酸、賴氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸等，和較多處于多肽鏈表面的極性親水基團(tuán)，如—OH、—COOH、—NH2、—NH—等，這些結(jié)構(gòu)賦予絲膠蛋白優(yōu)異的調(diào)濕和保濕作用。絲膠蛋白水解物是指絲膠蛋白的酶水解產(chǎn)物，主要是蛋白質(zhì)多肽和氨基酸，故絲膠蛋白水解物含有比絲膠更豐富的—NH2和—COOH等極性基團(tuán)，賦予絲膠蛋白水解物更優(yōu)越的反應(yīng)性和吸水保濕性。

滌綸纖維結(jié)構(gòu)中含有較少的極性親水基團(tuán)，是一種疏水性纖維，其吸放濕性能較差，故滌綸纖維穿著舒適性遠(yuǎn)不如天然纖維。用絲膠蛋白水解溶液整理滌綸織物，將絲膠蛋白水解物引入滌綸織物，賦予滌綸織物—NH2和—COOH 等基團(tuán)，有利于水分子的吸附和擴(kuò)散，提高纖維或織物的吸濕性和抗靜電性[1-3]。但除酸性染料外，其他染料對(duì)整理滌綸織物染色性能的影響還鮮見研究[4]。

本實(shí)驗(yàn)用蛋白酶水解絲膠獲得絲膠蛋白水解溶液整理滌綸織物；研究整理滌綸織物的染色性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

織物：滌綸，經(jīng)紗33.93 tex，緯紗35.45 tex，經(jīng)密220根，緯密220根，單位面積質(zhì)量180 g/m2。藥品：陽(yáng)離子桃紅（永大化學(xué)試劑有限公司），絲膠（澳特斯生物化工有限公司），季戊四醇、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、1227表面活性劑（上海藍(lán)季生物有限公司）。

儀器：XW-ZDR-25型低噪振蕩染樣機(jī)（靖江市新旺染整設(shè)備廠），YB571B型色牢度摩擦儀、SW-12A型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（溫州大榮紡織儀器公司），X-rite Color-Eye 7000A顏色特征值測(cè)定儀（美國(guó)愛色麗有限公司）。

1.2 絲膠蛋白水解溶液的制備

絲膠水溶液在100 ℃水浴處理1 h，冷卻。0.005 kg/L 胰蛋白酶于 37 ℃水解 30 min，再以 0.005 kg/L 木瓜蛋白酶于40 ℃水解30 min，沸水浴5 min終止反應(yīng)，離心取上清液，得到絲膠蛋白水解溶液。

1.3 滌綸織物的整理

堿減量預(yù)處理：浴比1∶100，溫度100 ℃，滌綸織物浸入含有4 g/L NaOH和3 g/L 1227表面活性劑的處理液中，處理20 min。

將滌綸織物浸漬在含有季戊四醇和絲膠或絲膠蛋白水解溶液的整理液中，浸漬時(shí)間2 h，取出軋干（軋余率100%），水洗，晾干。

1.4 滌綸織物的染色

陽(yáng)離子桃紅染液1%（omf），浴比1∶100，75 ℃始染；1 ℃/min升溫至85 ℃，保溫15 min；0.5 ℃/min升溫至95 ℃，保溫20 min；后以0.25 ℃/min升溫至100 ℃，沸染 50 min；30 min 內(nèi)緩慢降至 50 ℃，取出布樣，水洗，晾干。

1.5 測(cè)試

為了研究酶對(duì)絲膠的水解，利用甲醛法測(cè)定水解溶液中氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。甲醛能迅速與氨基酸的氨基結(jié)合為羥甲基化合物，使—NH3+釋放H+，溶液的酸度增加，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，可以測(cè)定溶液中氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，確定絲膠蛋白的水解率。水解率的計(jì)算公式如下：

式中，V2表示滴定液消耗體積；V1表示空白對(duì)照組滴定液消耗體積；V0表示絲膠蛋白水解物的體積（10 mL）；m為絲膠粉的質(zhì)量（0.6 g）；cNaOH為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（0.05 mol/L）。

假說1： 本國(guó)貨幣升值降低企業(yè)的邊際成本和加成率，從而降低了企業(yè)產(chǎn)品的出口價(jià)格。匯率變動(dòng)對(duì)出口價(jià)格的影響主要來自于對(duì)邊際成本的影響，而對(duì)加成率的影響較小。

增重率：分別稱取絲膠整理前后織物的質(zhì)量m1和m2，計(jì)算增重率，計(jì)算公式如下：

顏色指標(biāo)值：利用顏色特征值測(cè)定儀測(cè)定染色織物的K/S值。

耐摩擦色牢度：將織物平鋪在測(cè)試儀上，用5 cm×5 cm的棉布包裹摩擦頭，轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿10圈，用灰色樣卡比對(duì)，測(cè)其掉色和沾色值，記錄摩擦40 次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判定其耐摩擦色牢度。

耐皂洗色牢度：縫制貼樣，配制5 g/L皂洗液，將縫制好貼樣的待測(cè)織物放入皂洗機(jī)中，浴比為1∶50，溫度為40 ℃，皂洗30 min。用灰色樣卡比對(duì)，測(cè)其掉色和沾色值，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判定其耐皂洗色牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶對(duì)絲膠的水解

絲膠蛋白的水解率高，說明溶液中氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，溶液中氨基酸和絲膠肽水解物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也高。實(shí)驗(yàn)采用胰蛋白酶和木瓜蛋白酶對(duì)絲膠進(jìn)行水解，水解率如表1所示。

表1 絲膠溶液的水解率

由表1 可知，隨著木瓜蛋白酶和胰蛋白酶用量的增加，絲膠水解率逐步增大；當(dāng)?shù)鞍酌傅馁|(zhì)量均增加到0.5 g 時(shí)，繼續(xù)增加蛋白酶的質(zhì)量，絲膠水解率增加量明顯減小。本實(shí)驗(yàn)選用0.5 g木瓜蛋白酶和0.5 g胰蛋白酶對(duì)絲膠水溶液進(jìn)行水解，水解上清液作為實(shí)驗(yàn)用絲膠蛋白水解溶液。

2.2 絲膠蛋白水解溶液對(duì)織物的整理工藝

為確定絲膠蛋白水解物整理織物的最佳工藝條件，研究了絲膠蛋白質(zhì)量、整理時(shí)間、季戊四醇用量對(duì)整理效果的影響。

2.2.1 絲膠質(zhì)量

將2 g滌綸織物浸漬于200 mL不同絲膠質(zhì)量的水解溶液中，對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理，研究絲膠質(zhì)量和織物增重率的關(guān)系。由表2 可知，隨著絲膠質(zhì)量從10 g增加到20 g，織物增重率從7.1%增加到9.8%；當(dāng)絲膠質(zhì)量為30 g 時(shí)，織物增重率反而降低，這可能是由于在相同的蛋白酶用量條件下，絲膠的質(zhì)量過高，酶與絲膠的接觸概率較少，而當(dāng)絲膠質(zhì)量過大時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致絲膠分散不均勻，從而影響酶的催化效率及產(chǎn)物分子的擴(kuò)散，導(dǎo)致絲膠的增重率降低[5]。故本實(shí)驗(yàn)選用20 g 絲膠配制200 mL 溶液，加入酶水解，作為絲膠蛋白水解溶液。

表2 絲膠質(zhì)量與織物增重率的關(guān)系

2.2.2 整理時(shí)間和季戊四醇用量

由圖1可知，隨著整理時(shí)間的延長(zhǎng)，織物增重率逐漸增加；從2 h增加到4 h時(shí)，織物增重率增幅變??；從4 h增加到5 h時(shí)，織物增重率在不同的季戊四醇用量條件下均大幅增加；繼續(xù)延長(zhǎng)整理時(shí)間到6 h時(shí)，織物增重率幾乎沒有增加，所以本實(shí)驗(yàn)整理時(shí)間選擇5 h。

圖1 不同整理時(shí)間下季戊四醇用量和織物增重率的關(guān)系

季戊四醇的使用可以明顯提高整理織物的增重率。由圖1 還可知，在整理時(shí)間為2、3 和 4 h 時(shí)，隨著季戊四醇用量的增加，織物增重率也逐漸增大；在整理時(shí)間為5 h 時(shí)，當(dāng)季戊四醇的用量從1 g 增加到3 g時(shí)，織物增重率從5.5%增加到8%，增加幅度較大，當(dāng)季戊四醇的用量從3 g增加到5 g時(shí)，織物增重率緩慢增加，而從5 g 增加到6 g 時(shí)，增重率反而降低。本實(shí)驗(yàn)選用季戊四醇用量3 g，整理時(shí)間5 h。

2.3 整理織物的染色性能

為了研究絲膠及其水解溶液對(duì)織物染色性能的影響，用陽(yáng)離子桃紅染料對(duì)整理織物進(jìn)行染色，染色織物的K/S值如表3所示。由表3可知，陽(yáng)離子桃紅染色滌綸織物的K/S值為0.176，染色織物幾乎沒有上色，顏色很淺，在滌綸織物上的上染率不高；經(jīng)洗滌10次后，染色織物的K/S值為0.127，說明陽(yáng)離子桃紅染料色牢度也不好。絲膠及其水解溶液整理能明顯提高染色滌綸織物的K/S值，絲膠水解溶液整理織物的K/S值（0.265）要高于絲膠整理織物（0.239）；且季戊四醇在提高整理織物增重率的同時(shí)，也明顯增加了染色織物的K/S值。這說明絲膠水解氨基酸和小分子多肽能明顯提高織物的染料附著量，且在織物上的量越多，染料的附著量也越多，染色織物的K/S值也越高。這是由于滌綸分子間排列緊密，結(jié)晶度和取向度高，親水性差，不含染色基團(tuán)，染料分子難以進(jìn)入滌綸內(nèi)部，不能用陽(yáng)離子染料染色。用絲膠及其水解生成的氨基酸和多肽整理滌綸織物，可將—OH、—COOH、—NH2、—NH—等基團(tuán)引入滌綸分子，賦予織物與陽(yáng)離子染料良好的親和力，從而改善染色性能。根據(jù)洗滌10 次后染色織物的K/S值可知，經(jīng)絲膠及其水解溶液整理的染色織物具有良好的染色牢度。

表3 不同整理織物的顏色特征值

2.4 染色牢度

如表4 所示，絲膠及其水解液整理滌綸織物具有良好的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度。

表4 染色織物的色牢度

3 結(jié)論

（1）利用木瓜蛋白酶和胰蛋白酶對(duì)絲膠進(jìn)行水解，絲膠蛋白的水解率達(dá)到27%。

（2）用絲膠蛋白水解溶液對(duì)滌綸織物進(jìn)行整理，在絲膠水解溶液0.1 kg/L、季戊四醇0.015 kg/L、整理時(shí)間5 h時(shí)，織物的增重率可達(dá)17.5%。

（3）用絲膠蛋白水解溶液對(duì)滌綸織物進(jìn)行浸軋整理，可賦予整理織物良好的陽(yáng)離子染料染色性能、色牢度。