β-環(huán)糊精接枝棉織物的研究

（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院服裝工程系，河北邢臺(tái) 054000）

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)紡織品的要求不再局限于穿著舒適美觀，對(duì)附加功能提出了更多要求。日常生活中會(huì)碰到令人不適的氣味，如汗臭味、體臭味、油煙味等，不僅難聞，還可能危害人體健康，這促進(jìn)了防臭型功能織物的發(fā)展［1-2］。β-環(huán)糊精具有疏水空腔結(jié)構(gòu)，不僅可以緩慢釋放包合在內(nèi)部的芳香物質(zhì)掩蓋臭味，還可以通過(guò)空腔包合臭氣分子，達(dá)到除臭效果［3-4］。目前β-環(huán)糊精接枝棉織物的研究集中在消臭性能方面，而對(duì)染色棉織物顏色參數(shù)影響的研究較少［5-6］。本實(shí)驗(yàn)以丁烷四羧酸（BTCA）為交聯(lián)劑，次亞磷酸鈉為催化劑制備β-環(huán)糊精接枝棉織物，以接枝率為指標(biāo)優(yōu)化β-環(huán)糊精接枝工藝，測(cè)定接枝棉織物的吸氨性能，并研究接枝對(duì)活性染料染色棉織物顏色參數(shù)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：純棉漂白機(jī)織物，β-環(huán)糊精（天津市大茂化學(xué)試劑廠），BTCA（分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司），次亞磷酸鈉（分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠），酚酞、氨水、無(wú)水乙醇、硫酸、氯化銨、酒石酸鉀鈉（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），納氏試劑、水（實(shí)驗(yàn)室自制）。

儀器：HG-TC200B 染色機(jī)（廣州鴻靖實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），PBI 型橫式軋染機(jī)（廈門瑞比精密機(jī)械有限公司），Speclmm GX 型紅外光譜儀（美國(guó)PE 公司），YB571-Ⅱ型染色牢度摩擦儀（常州市中纖檢測(cè)儀器設(shè)備有限公司），Datacolor 650 測(cè)色配色儀（美國(guó)XRite 公司），YG461E 型織物透氣量測(cè)試儀（寧波大禾儀器有限公司），LFY-201D 型織物強(qiáng)力機(jī)（山東省紡織科學(xué)研究院）。

1.2 β-環(huán)糊精接枝工藝

二浸二軋（β-環(huán)糊精0～60 g/L，BTCA 0～60 g/L，次亞磷酸鈉0～30 g/L，帶液率約80%）→預(yù)烘（70 ℃，3 min）→焙烘（140～190 ℃，1～6 min）→熱水洗（65 ℃，5 min，2次）→冷水洗→烘干。

1.3 活性染料染色工藝

將棉織物放入2%的活性染料（活性紅M-3BF、活性黃3RS、活性藍(lán)KN-B）溶液中，浴比1∶30，60 ℃保溫15 min 后加入40 g/L NaCl，繼續(xù)保溫15 min，然后升溫至90 ℃，加入15 g/L 純堿，保溫30 min，取出棉織物，經(jīng)過(guò)冷水洗、熱水洗、皂煮、水洗、烘干，得到活性染料染色棉織物。

1.4 測(cè)試

接枝率：準(zhǔn)確稱取0.5 g β-環(huán)糊精接枝棉織物，室溫下在50 mL 0.1 mol/L 的NaOH 溶液中浸泡48 h后取出，取10 mL 浸泡液用鹽酸中和，然后取2 mL 中和液、2.5 mL 酚酞標(biāo)準(zhǔn)溶液和5 mL 緩沖溶液于25 mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)準(zhǔn)刻度并靜置30 min，測(cè)試稀釋液在553 nm 處的吸光度，帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算棉織物上β-環(huán)糊精的質(zhì)量。接枝率=β-環(huán)糊精質(zhì)量/β-環(huán)糊精接枝棉織物質(zhì)量×100%。

消氨臭性：參考GB/T 14668—1993《空氣質(zhì)量氨的測(cè)定納氏試劑比色法》測(cè)試。

顏色參數(shù)：利用測(cè)色配色儀測(cè)定K/S值、明度L、彩度H、艷度C和色差ΔE。

色牢度：參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度測(cè)試耐摩擦色牢度》、GB/T 251—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定沾色用灰色樣卡》、GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定變色用灰色樣卡》、GB/T 8424.1—2001《紡織品色牢度試驗(yàn)表面顏色的測(cè)定通則》進(jìn)行測(cè)試。

手感：采用手觸摸法測(cè)定，未整理棉織物定為1級(jí)，最佳手感為5級(jí)，多次測(cè)量取平均值。

斷裂強(qiáng)力：參考GB/T 3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》測(cè)試。

白度：參考GB/T 8425—1987《紡織品白度的儀器評(píng)定方法》測(cè)試。

透氣性：參考GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 β-環(huán)糊精接枝工藝優(yōu)化

2.1.1 β-環(huán)糊精用量

由圖1 可以看出，當(dāng)β-環(huán)糊精用量小于40 g/L時(shí)，隨著用量增加，接枝率明顯增大，這是由于參與交聯(lián)反應(yīng)的β-環(huán)糊精分子持續(xù)增加，與BTCA 中羧基反應(yīng)生成的酯鍵增加，接枝率明顯增大；當(dāng)用量大于40 g/L 時(shí)，進(jìn)一步增加用量，接枝率增幅變小，這是由于BTCA 與β-環(huán)糊精的交聯(lián)達(dá)到飽和［7］。綜合考慮，β-環(huán)糊精用量設(shè)置為40 g/L。

圖1 β-環(huán)糊精用量對(duì)接枝率的影響

2.1.2 BTCA 用量

由圖2 可知，隨著BTCA 用量增加，接枝率明顯增大，這是由于BTCA 含有4 個(gè)羧基，BTCA 用量越大，與棉織物纖維和β-環(huán)糊精上的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)的概率越大，接枝率也越大；當(dāng)用量大于50 g/L 時(shí)，接枝率趨于穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)BTCA 用量設(shè)置為50 g/L。

圖2 BTCA 用量對(duì)接枝率的影響

2.1.3 催化劑用量

由圖3 可知，隨著次亞磷酸鈉用量增加，接枝率先增大后減小，這是由于次亞磷酸鈉可催化BTCA 生成酐，促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)。次亞磷酸鈉用量越多，交聯(lián)反應(yīng)越充分，接枝率越大；當(dāng)用量過(guò)高時(shí)，焙烘釋放的堿性物質(zhì)中和多元羧酸，使參與反應(yīng)的BTCA 減少，接枝率減小。本實(shí)驗(yàn)次亞磷酸鈉用量設(shè)置為20 g/L。

圖3 催化劑用量對(duì)接枝率的影響

2.1.4 焙烘溫度

焙烘溫度對(duì)接枝率的影響見圖4。

圖4 焙烘溫度對(duì)接枝率的影響

由圖4 可知，接枝率隨著焙烘溫度升高而增大，170 ℃后趨于穩(wěn)定。這是由于溫度較低時(shí)，BTCA 更容易與棉織物纖維發(fā)生反應(yīng)，β-環(huán)糊精未與BTCA 交聯(lián)而直接滲透到棉織物纖維中，與棉織物纖維的結(jié)合力較弱；溫度升高時(shí)，BTCA 上相鄰羧基脫水形成酸酐，并與棉織物纖維及β-環(huán)糊精上的羥基反應(yīng)，增大了與β-環(huán)糊精的結(jié)合力；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，BTCA 使棉織物纖維劇烈水解，β-環(huán)糊精與棉織物的結(jié)合力減弱，另外，過(guò)高的焙烘溫度也會(huì)使棉織物的機(jī)械性能下降。本實(shí)驗(yàn)焙烘溫度設(shè)置為170 ℃。

2.1.5 焙烘時(shí)間

由圖5 可看出，接枝率隨焙烘時(shí)間延長(zhǎng)而增大，4 min 后趨于穩(wěn)定。因?yàn)殡S著焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，BTCA上相鄰羧基脫水形成酸酐，并與棉織物纖維及β-環(huán)糊精上的羥基反應(yīng)，但過(guò)長(zhǎng)的焙烘時(shí)間使棉織物纖維的機(jī)械強(qiáng)度下降。本實(shí)驗(yàn)焙烘時(shí)間設(shè)置為4 min。

圖5 焙烘時(shí)間對(duì)接枝率的影響

2.2 染色效果

由表1 可以看出，活性黃3RS 染色棉織物經(jīng)接枝后ΔE最大，活性藍(lán)KN-B 染色棉織物經(jīng)接枝后ΔE最小。接枝后染色棉織物的K/S值均小于接枝前，這是由于呈酸性的BTCA 使染色棉織物上的部分染料水解，棉織物顏色變淺。

表1 活性染料染色棉織物經(jīng)β-環(huán)糊精接枝前后的顏色參數(shù)

2.3 FT-IR

由圖6 可知，未接枝棉織物在3 400 cm-1處的寬峰對(duì)應(yīng)O—H 的伸縮振動(dòng)，2 900 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)C—H 的伸縮振動(dòng)，1 400 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)C—H的搖擺振動(dòng)，1 360 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)C—H 的彎曲振動(dòng)，1 650 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)C=O 的伸縮振動(dòng)，1 250 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)C—O 的伸縮振動(dòng)［8］。β-環(huán)糊精接枝棉織物的FT-IR 光譜和未接枝棉織物類似，這是由于棉織物纖維和β-環(huán)糊精結(jié)構(gòu)類似。相比未接枝棉織物，β-環(huán)糊精接枝棉織物在1 600～1 730 cm-1處的特征峰增加，主要是由于BTCA 中的羧基和棉織物纖維中的羥基反應(yīng)形成酯基［9］。

圖6 未接枝棉織物(a)和β-環(huán)糊精接枝棉織物(b)的FT-IR 譜

2.4 吸氨消臭

與未接枝棉織物相比，β-環(huán)糊精接枝棉織物的氨氣吸附量明顯增加，吸氨量為49.77 μg/g。這是由于接枝到棉織物上的β-環(huán)糊精具有空腔結(jié)構(gòu)，氨氣分子體積較小，單個(gè)或多個(gè)氨氣分子很容易被β-環(huán)糊精的空腔吸附，增加棉織物對(duì)氨氣的包合能力；另外，氨氣分子與β-環(huán)糊精還存在分子間相互作用，從而達(dá)到吸氨消臭效果。

2.5 色牢度

由表2 可以看出，在β-環(huán)糊精接枝前后，活性紅M-3BF、活性黃3RS、活性藍(lán)KN-B 染色棉織物的耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度（沾色牢度以及褪色牢度）都基本不變，表明β-環(huán)糊精接枝對(duì)染色棉織物的色牢度影響不大。

表2 活性染料染色棉織物經(jīng)β-環(huán)糊精接枝前后的色牢度

2.6 其他性能

由表3 可以看出，β-環(huán)糊精接枝后，棉織物的手感由1 級(jí)升為5 級(jí)，白度幾乎沒(méi)有變化，經(jīng)向和緯向斷裂強(qiáng)力分別由776、528 N 降為732、487 N，透氣性由176 mm/s降為128 mm/s。

表3 β-環(huán)糊精接枝前后棉織物的其他性能

3 結(jié)論

β-環(huán)糊精接枝棉織物優(yōu)化工藝：β-環(huán)糊精40 g/L，BTCA 50 g/L，次亞磷酸鈉20 g/L，170 ℃焙烘4 min。接枝棉織物的吸氨量為49.77 μg/g，遠(yuǎn)高于純棉織物，接枝棉織物活性染料染色后的K/S值下降，染色牢度基本不變。