RSD-CAH对真丝织物的功能化改性研究

严宏军，张广宇，林 红，陈宇岳(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

RSD-CAH对真丝织物的功能化改性研究

严宏军，张广宇，林 红，陈宇岳
(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

利用苯丙烯醛(CAH)对多氨基化合物RSD进行接枝改性，制备了紫外吸收剂(RSD-CAH)。利用RSD-CAH对真丝织物进行整理，测试与分析了整理织物的抗紫外抗菌性、耐洗性及吸湿吸水性能。结果表明：整理后真丝织物的UPF值由6.01提高到65.68；织物对大肠杆菌的抑菌率为91.49 %，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为93.43 %；在经过30次洗涤后，织物的UPF值仍然达到51.82，且其抑菌率均在88 %以上，说明整理后的真丝织物具有良好的抗紫外及抗菌耐洗性能；整理后的织物具有良好的吸湿吸水性。

紫外吸收剂；真丝织物；抗紫外线；抗菌性

近年来，工业发展带来的环境污染导致臭氧层浓度的降低，使得太阳光中辐射到地面的紫外线随之增加，对人类的健康造成了严重的影响。据报道[1]，近20年来，紫外辐射对人类的影响主要表现在使人体皮肤出现红斑及皮肤癌的增加，而且这些影响具有积累效应，童年时代严重的红斑或晒斑与日后致癌有密切联系。因此，为保护人体免受紫外辐射，抗紫外织物受到了人们的广泛关注。

真丝织物虽然具有穿着舒适性、可再生性和生物可降解性等化学纤维无法比拟的天然优势，但在服用过程中容易受到微生物的侵袭，特别在湿热和有其食物源存在的情况下，微生物在真丝织物内会迅速繁殖，结果使真丝织物受损，使穿着者感到不适，甚至造成疾病的传播，影响人体健康。所以，赋予真丝织物附加功能，提高它的抗紫外、抗菌性能，对保护人类的健康具有重大的意义。

多氨基化合物(RSD)是一类重要的超支化聚合物，其表面富含大量亲水性氨基。利用其独特的结构、优异的性能及合成的简易性，可对其端基进行功能化改性，制备功能型超支化聚合物[2]。本研究利用苯丙烯醛(CAH)接枝到RSD上成功合成了RSD-CAH，在RSD表面引入C＝N基团及苯环结构，增加了其紫外吸收性能。利用RSD-CAH对真丝织物进行抗菌、抗紫外整理，研究了整理后真丝织物的抗菌性、抗紫外性及吸湿吸水性能，为多氨基化合物在天然纤维功能化改性中的应用提供了理论依据。

1 实 验

1.1 材料与仪器

织物：桑蚕丝电力纺(64 g/m2)；

试剂：RSD(实验室自制)；CAH，分析纯(AR级以上)；营养琼脂、营养肉汤，均为生化试剂(上海中科昆虫生物技术开发有限公司)；大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(苏州大学生命科学学院)。

仪器：Labshere UV-1000F纺织品抗紫外因子测试仪(美国Labshere公司)，Nicolet 5700型红外光谱仪(美国产)，YG026B型电子织物强力机(常州市华纺纺织仪器有限公司)，WSD-5型全自动白度仪(上海精胜科学仪器有限公司)，LRH-250A生化培养箱(广东省医疗器械厂)，SHZ-82A数显测速恒温摇床(苏州威尔实验用品有限公司)。

1.2 实验方法

RSD-CAH的制备：将10 g RSD溶解在50 mL甲醇溶液中，配置成RSD的甲醇溶液。取3.3 g CAH溶解在10 mL甲醇溶液中，并用恒压漏斗慢慢滴加到RSD溶液中，使RSD与CAH的质量比为3∶1。滴加完毕后在50 ℃下反应4 h，然后转移至旋转蒸发仪茄形烧瓶中，减压除去甲醇，得到黏稠状的RSD-CAH。

织物整理工艺：采用浸渍法对真丝织物进行整理，RSD-CAH质量浓度为4 g/L，浸渍温度为60 ℃，浸渍时间为30 min，浸渍后取出水洗，采用130 ℃焙烘5 min[3]。

1.3 测试方法

1.3.1 RSD-CAH的FTIR分析

将RSD-CAH涂于KBr单晶片上，直接置于光路中进行测试。以波数为横坐标，透射率为纵坐标。

1.3.2 真丝织物的抗紫外测试

在Labshere UV-1000F纺织品抗紫外因子测试仪上测定。织物防紫外线效果用紫外线防护指数UPF表示，每块布样不同位置测量5次，计算平均值。

1.3.3 真丝织物的抗菌性能测试

参照FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》中附录D，以振荡法测定织物的抗菌性能。所用菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，试样的抗菌性能以抗菌率表示，按下式计算：

式中：A为未处理织物的活菌数；B为处理织物的活菌数。

1.3.4 整理织物的耐洗性测试

参照FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》中附录C的简化洗涤条件及程序，用2 g/L标准合成洗涤剂，浴比1︰30，水温(40±3)℃，投入试样，洗涤5 min，然后用自来水清洗2 min，计为洗涤1次。对待测整理织物进行5，10，20，30次标准洗涤，分别测试洗涤后整理织物的UPF值和抑菌率。

1.3.5 抗紫外真丝织物的白度测试

用WD-5型全自动白度仪测定。将织物折叠成4层，选取不同位置测4次，取平均值。

1.3.6 真丝织物的拉伸强力测试

各试样沿经纬向各剪3条5 cm×30 cm的布条，在YG026B型电子织物强力机上设定的测试条件为：拉伸速度200 mm/min，夹持长度200 mm，预张力100 cN，测定织物的经纬向断裂强度和断裂伸长率，以3次的算术平均值作为该试样的经纬向断裂强度和断裂伸长率。

1.3.7 真丝织物吸湿、吸水性测试

真丝织物吸湿性测试：将整理前后的真丝织物140 ℃下烘干至恒量并称其质量，悬挂于恒温、恒湿环境中(温度20 ℃，相对湿度65 %)平衡24 h后称其质量，计算其平衡回潮率W：

式中：M0为真丝织物的干重；M1为真丝织物吸湿平衡后质量。

真丝织物吸水性测试：参照标准ZBW 04019—90《纺织品毛细效应实验方法》。实验条件：试样规格为200 mm×50 mm，经纬向各3条；毛细效应容器中的水温应为(27±2) ℃，在试样下端8～10 mm处夹上2.94 cN(3 gf)的张力夹，张力夹平面与标尺的零位线平齐，设定测试时间为30 min，记录液面上升高度。

2 结果与讨论

2.1 RSD-CAH的合成

2.1.1 RSD-CAH化合物的合成原理

图1是RSD-CAH化合物制备的反应方程式。RSD表面存在的氨基与CAH表面上的醛基结合生成席夫碱，从而在RSD化合物上引入C＝N及苯环结构。

2.1.2 RSD-CAH化合物的红外光谱分析

图2是利用CAH对RSD化合物进行接枝改性，制备的RSD-CAH的红外光谱图。红外光谱显示，在693 cm-1和757 cm-1波数处出现的一对锐峰为单取代键苯的特征峰，表明产物RSD-CAH中有苯环存在；1 639 cm-1处为席夫碱的特征吸收峰，席夫碱的—CH—基团的伸缩和弯曲振动分别出现在2 942 cm-1和1 452 cm-1[4]处，表明RSD与CAH是按照图1所示的原理进行反应的。CAH接枝到了RSD表面，成功地制备了RSD-CAH化合物。

图1 RSD-CAH的合成原理Fig.1 Synthesis Principle of RSD-CAH

图2 RSD-CAH的红外光谱图Fig.2 Infrared Spectra of RSD-CAH

2.2 RSD-CAH整理真丝织物的抗紫外、抗菌性能

2.2.1 整理真丝织物的抗紫外性能

配制4 g/L的RSD及RSD-CAH水溶液，采用浸渍法，浴比为1︰50，处理温度为60 ℃，浸渍时间为60 min，取出水洗后烘干并放入烘箱中130 ℃焙烘5 min，测试整理前后真丝织物抗紫外性能。

表1为未处理真丝织物和整理后真丝织物的防紫外线测试结果。由表1可知，普通真丝织物本身对紫外线也具有一定的吸收能力，这是由于真丝纤维中的色氨酸、酪氨酸侧基中芳香环具有吸收紫外线的功能。经过RSD水溶液整理后的真丝织物的抗紫外性能有一定的提高，这是由于RSD吸附在真丝织物表面，增加了其对紫外光的吸收作用。用RSD-CAH水溶液对真丝织物进行抗紫外整理，整理后真丝织物的UPF值显著增大，达到65.68，且对UVB区的防护更加明显[5]。这是由于在RSD表面成功地引入了席夫碱及苯环，这些基团结构进一步提高了织物吸收紫外线的能力。

表1 真丝织物的平均紫外透过率和UPF值Tab.1 UPF Value and Average Ultraviolet Transmittance of Silk Fabric

2.2.2 整理真丝织物的抗菌性能

表2为RSD及RSD-CAH处理真丝织物的抗菌性能结果。由表2可知：经RSD处理的真丝织物对大肠杆菌的抑菌率为88.74 %，对金黄色葡萄球菌的为89.06 %；经RSD-CAH处理的真丝织物对大肠杆菌的抑菌率为91.49 %，对金黄色葡萄球菌的为93.43 %。可见，经RSD-CAH处理真丝织物具有良好的抑菌效果，且对金黄色葡萄球菌抑菌率高于对大肠杆菌的抑菌率。

表2 RSD及RSD-CAH处理真丝织物的抗菌性能Tab.2 Antibacterial Performance of Silk Fabric Treated with RSD or RSD-CAH

2.3 整理真丝织物的耐洗性

抗紫外耐洗性是评价抗紫外整理效果的一个很重要的指标。按洗涤标准对整理后的真丝织物分别进行5，10，20，30次洗涤，测试洗涤后真丝织物的抗紫外性能及白度，见表3。

表3 整理真丝织物的抗紫外耐洗性Tab.3 Washable Performances of the Finished Silk Fabric

由表3可知，整理后的真丝织物白度有一定程度的降低。经过5，10，20，30次洗涤后白度略有上升，但抗紫外性能有一定的下降。经过30次洗涤后，整理真丝织物的UPF值下降了21.1 %，但仍然可以达到51.82，说明整理后的真丝织物具有较好的抗紫外耐洗性。

表4显示，随着洗涤次数的增加，真丝织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均稍有降低，但仍具有优良的抗菌效果，即使洗涤30次后，织物对2种细菌的抑菌率仍达88.05 %和88.85 %。说明经RSD-CAH溶液整理的真丝织物具有良好的抗菌耐洗性。

表4 洗涤不同次数后整理织物的抗菌性能Tab.4 Antibacterial Performance of the Finished Silk Fabric after Laundering Different Times

2.4 整理工艺对真丝织物强力的影响

从表5可以看出，整理后的真丝织物经纬向强力基本不变，说明RSD及RSD-CAH的水溶液对真丝织物的结构基本没有影响。

表5 整理前后真丝织物的力学性能Tab.5 Mechanical Property of Silk Fabric before and after Finishing

2.5 真丝织物的吸湿吸水性

普通真丝织物与经过RSD及RSD-CAH整理后测得的回潮率分别为8.49 %，8.71 %，8.60 %。数据显示，真丝经过RSD溶液整理后，其回潮率增大，这是因为吸附在织物表面的氨基与水具有良好的亲和性，更容易吸湿。RSD-CAH中部分氨基被疏水性基团取代，导致其回潮率相对RSD整理后的真丝织物略有降低。

纤维的吸水能力取决于纤维的微孔和孔隙及纤维的表面形态结构。表6为普通真丝织物和整理后的真丝织物吸水性能参数表。

表6 整理前后真丝织物的吸水性Tab.6 Water Absorbability of Silk Fabric before and after Finishing

从表6可以看出，经过整理后的真丝织物其吸水性有所提高。因为整理溶液呈弱碱性，整理后纤维的表面受到一定的侵蚀作用，织物中的微孔隙结构增加，增强了毛细效应，并且整理后的织物表面存在着大量亲水性基团，因而其吸水性增强[6-7]。

3 结 论

1)FTIR表明，RSD表面存在的氨基具有和苯丙烯醛(CAH)表面上的醛基结合生成席夫碱的能力，从而在多氨基化合物RSD上引入C＝N及苯环结构。

2)与普通真丝织物相比，整理后真丝织物的UPF值由6.01提高到65.68；织物对大肠杆菌的抑菌率为91.49 %，对金黄色葡萄球菌为93.43 %；整理后的真丝织物白度有一定的下降；整理后的真丝织物经过5，10，20，30次洗涤后，抗紫外性能有所下降，但其UPF值仍可达到51.82，抑菌率均在88 %以上，这说明整理后的真丝织物具有良好的抗紫外及抗菌耐洗性能。

3)通过对整理后的真丝织物的性能测试可知，整理后的真丝织物强力基本不变，但织物的吸湿、吸水性能有所提高。

[1]李全明，王崇礴，王浩.防紫外线织物的研究[J].高科技纤维与应用，2002，27(3)：19-21.

[2]曹民干，余骏，吴磊.超支化聚合物的制备及其应用[J].塑料，2006，35 (3)：107-109.

[3]张广宇，张峰，严宏军，等.RSD–CAH的制备及其对真丝织物的抗紫外整理[J].纺织导报，2009(11)：45-48.

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[6]胡凤霞，张健，盛家镛，等.真丝纤维原纤化处理方法的探讨[J].丝绸，2004，(11)：18-19.

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Study on the Functional Modifi cation of Silk Fabrics Finished by RSD-CAH

YAN Hong-jun, ZHANG Guang-yu, LIN Hong, CHEN Yu-yue
(College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China)

To get a UV absorber (RSD-CAH), the benzene acrolein (CAH) was grafted on the multi-amino compound named RSD. Silk fabric was treated with this kind of UV absorber. The antibacterial and anti-UV performances of the treated silk fabric were tested, and moisture absorption, water absorbability and washable performances of the finished fabric were also studied. The results showed that: the silk fabric's UPF value was increased from 6.01 to 65.68. The antibacterial rate of the fabric to E. coli bacteria was 91.49 %, and to Staphylococcus Aureus was 93.43 %. After laundering 30 times, the UPF value of the finished silk was still up to 51.82, and its antibacterial rate was more than 88 %, which indicates that the finished silk fabric has a good UV shielding effect and antibacterial properties. And the finished silk fabric has good moisture absorption and water absorbability.

Ultraviolet absorber; Silk fabric; Anti-UV; Antibacterial activity

TS195.644

A

1001-7003(2010)11-0001-04

2010-09-01

国家教育部博士点基金项目(20060285004)；江苏省高校重大基础研究项目(08KJA540001)

严宏军(1987－ )，男，硕士研究生，研究方向为纤维材料。通讯作者：陈宇岳，教授，博士生导师，chenyy@suda.edu.cn。