聚乙烯醇载入丝素的棉织物整理及生物降解性研究

赵 雨 (东华大学服装艺术设计学院，上海，200051)

聚乙烯醇载入丝素的棉织物整理及生物降解性研究

赵 雨 (东华大学服装艺术设计学院，上海，200051)

将不同浓度丝素(SF)、聚乙烯醇(PVA)配制的共混溶液涂层于棉坯布上，再经烘焙、微波、超声波固定处理，研究了整理织物的土埋生物降解性和力学性能。结果表明:用SF和PVA涂层的棉织物的断裂强力和断裂伸长率都得到改善，同时涂层织物具有良好的生物降解性;微波固定处理后织物的降解程度大于超声波处理织物的降解性，烘焙处理织物的降解相对最小;整理液中丝素含量越高，涂层织物生物降解性越好。经过丝素/聚乙烯醇整理过的棉织物具有生物降解性和安全性，力学性能得到改善，具有较好的应用潜力。

丝素，聚乙烯醇，涂层织物，生物降解性，力学性能

丝素(Silk Fibroin，SF)与人体具有良好的亲和性，适用于织物的功能性保健整理和舒适整理等，是一种天然的“绿色整理剂”［1-2]。近年来，国内外开发出了SF生物整理剂，由其整理的纺织品具有无污染、保健功能良好，穿着舒适、柔软、爽滑的性能［3-4]。聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)是一种无毒、无刺激性的水溶性高分子材料，具有良好的耐污染性、生物亲和性、成膜性、成纤性和黏接性等优点，在纤维、薄膜、黏合剂和生物医学材料等领域具有广泛的用途［5-8]。由于SF本身不能直接较好地固着于棉织物表面，因此选取了PVA这一载体，PVC载入功能性物质SF固定于棉织物上，经如此整理的织物在保持棉织物特性的同时，既有蛋白质的特性(如可降解性、生物相容性及含丰富的氨基酸等)，又具有PVA的力学性能，可以满足薄膜、生物医学材料等的需要。

本文将不同浓度SF、PVA配制的共混溶液涂层于棉坯布上，再经烘焙、微波、超声波固定处理，研究了涂层整理织物的土埋生物降解性和力学性能。

1 实验部分

1.1 主要实验材料

棉织白坯布，SF，PVA，去离子水，均购自商店。

1.2 实验仪器

DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司)，NDS-8S数据显示黏度计(上海精密科学仪器有限公司)，HOI-3恒温磁力搅拌器(上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司)，DL-1万用电炉(北京中兴伟业仪器有限公司)，JA2003A电子天平(上海精天电子仪器有限公司)，JY98-Ⅲ超声波细胞粉碎机(宁波新芝生物科技股份有限公司)，KJ238-DE第Ⅲ代美的微波炉(广东美的微波炉制造有限公司)，HDO26N电子织物强力仪(南通宏大实验仪器有限公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 SF与PVA混合溶液制备

桑蚕丝置于质量分数为0.05%的Na2CO3水溶液中煮沸30 min，并重复3次，除去丝胶。用三元溶剂 CaCl2/H2O/C2H5OH(三物质的量比为1 g∶8 ml∶2 g)于(75 ±1)℃溶解(浴比 1∶50)，溶液经透析袋(44MD，美国联合碳化物公司)透析、过滤后置于冷冻干燥机中冷冻7 d制得SF。

取一定量的SF溶解于水中，加热配制成浓度为5.0%(此处与下文中的溶液浓度均指质量分数)和10.0%的SF水溶液。取一定量的PVA溶解于去离子水中，配制成10.0%和15.0%的PVA溶液。此过程先恒温加热至80℃持续20 min，使PVA颗粒呈溶胀的透明态，再在50℃的恒温烘箱内放置20～24 h，然后在90～95℃持续加热(在此加热过程中用薄膜轻轻包住容器口，以免造成水蒸发影响实验结果)，同时不断搅拌，直至溶液变得澄清透明无可视颗粒为止。用5.0%和10.0%的SF水溶液与10.0%和15.0%的PVA溶液用磁力搅拌机加热搅拌混合，最后配制成2.5%的SF和5.0%的 PVA 混合溶液、2.5% 的 SF和 7.5% 的PVA混合溶液、5.0%的SF和5.0%的PVA混合溶液、5.0%的SF和7.5%的PVA混合溶液共四组。

1.3.2 SF与PVA混合涂层工艺

取配制好的上述四种混合溶液分别涂层于棉织物上，涂层时采用滴定管，在5 cm×5 cm棉布的四个角落里分别滴定一滴，让涂层渗透到整块棉布(如果全部浸泡，整个涂层可能会太厚而对后面的实验产生影响)，然后室温放置片刻，再经烘干后进行织物性能的测定。涂层工艺流程如下:

SF与PVC混合溶液→涂膜→室温放置10 min→40℃烘箱中烘干5 min→处理织物实验

1.3.3 织物涂层固着

1.3.3.1 烘焙固着

将涂层织物放入托盘后整体放入70℃烘箱中烘焙1 h，取出冷却。烘焙处理完成后的涂层织物取一部分进行土埋实验。土埋时间为14 d，土埋环境是室外大树下，周围栽种绿篱，湿度适宜，土壤松软。

1.3.3.2 微波固着

将涂层织物放入一玻璃器皿后再整体放入微波炉中，采用中火处理2.5 min后取出(在采用微波处理涂层织物的时候，因为涂层织物的体积容量很小，在微波炉中要放置一杯50 ml自来水，以防空烧)。微波处理完成后的涂层织物取一部分进行土埋。土埋时间和环境同烘焙固着织物。

1.3.3.3 超声波固着

将涂层织物放入超声波细胞粉碎机中，设定超声处理功率400 W，时间4 s，间隙时间5 s，工作次数60次。超声波处理完成后的涂层织物取一部分进行土埋。土埋时间和环境同烘焙固着织物。

1.3.4 强力性能测定

取未处理的白坯布和各种涂层织物各5片，测定其在10 cm夹距条件下的断裂强力，计算断裂强力峰值和伸长率。

2 结果与讨论

2.1 涂层织物直接土埋生物降解性分析

由图1可见，涂层织物直接土埋生物降解程度是图1(a)和图1(c)织物大于图1(b)和图1(d)织物。图1(a)和图1(c)的涂层织物PVA浓度比图1(b)和图1(d)的涂层织物PVA浓度低，因为PVA本身降解比较困难导致涂层PVA浓度越高的织物降解越困难，或者说抗腐蚀性越强;但当PVA浓度一定时，比较含不同浓度SF的涂层织物土埋后的生物降解性，没有出现明显的不同。这表明涂层SF浓度对涂层织物的腐蚀程度影响并不大，涂层织物的生物降解性主要取决于PVA浓度。

图1 不同混合溶液涂层织物直接土埋的降解程度

2.2 烘焙固着涂层织物土埋生物降解性分析

由图2可以看出，PVA和SF混合溶液涂层于织物表面呈透明状，两者在显微镜下很难分辨;涂层织物烘干后进行土埋，随着SF和PVA浓度的增大织物土埋后降解的程度也增大;但从整体上来说涂层织物烘干后土埋降解的程度都不大，涂层织物的完整性较好。这表明烘焙加热对涂层固着于织物的性能影响不强，SF和PVA涂层没有很好地固着于织物表面而导致涂层织物降解程度偏小。

图2 不同混合溶液涂层焙烘处理织物(左)及其土埋降解程度(右)

2.3 微波处理涂层织物土埋生物降解性分析

由图3可见，经微波处理的涂层织物固着于织物上的涂层较多，土埋后受到降解的程度也较大，出现了不同程度的腐烂，由此可以说明织物上涂层足够多，可使棉织物土埋后得到更好的降解。但不同浓度溶液处理的涂层织物土埋后降解的程度也不同，这是由于不同浓度溶液固着于涂层上的难易程度不一样。从图3中可见，随着固着于织物上的溶液总浓度增大，织物土埋后的降解程度也增大。

图3 不同混合溶液涂层微波处理织物(左)及其土埋降解程度(右)

2.4 超声波处理涂层织物土埋生物降解性分析

由图4可以看出，经过超声波处理的涂层织物，表面仍然固着着涂层，但是各个浓度溶液的固着程度有所不同，固着程度从高到低依次为图4(a)织物、图4(b)织物、图4(c)织物、图4(d)织物;经土埋后降解程度也明显不同，降解程度从大到小依次也为图4(a)织物、图4(b)织物、图4(c)织物、图4(d)织物。从而可以说明，随着溶液固着程度的提高，涂层织物土埋后降解程度增大。

图4 不同混合溶液涂层超声波处理织物(左)及其土埋降解程度(右)

通过对比可以发现，涂层织物土埋后的降解程度从大到小依次为微波处理的涂层织物、超声波处理的涂层织物、烘焙加热处理的涂层织物，从而得知涂层织物溶液固着程度从高到低依次为微波处理的涂层织物、超声波处理的涂层织物、烘焙加热处理的涂层织物。

2.5 涂层织物强力性能分析

从表1中可以看出，混合溶液中PVA浓度一定时，SF浓度越高，涂层织物的断裂强力和断裂伸长率都越高;同样，当SF浓度一定时，PVA浓度越高，涂层织物的断裂强力和断裂伸长率也都越高。测试结果表明棉织物经SF和PVA溶液整理后，织物的断裂强力和断裂伸长率都有较大的改善。

表1 涂层织物强力

3 结论

经SF和PVA混合溶液涂层的棉织物，通过烘焙加热、微波和超声波处理能将溶液有效地固着于织物上，涂层织物具有生物降解性和安全性，从而增加人体的自然适应能力;同时，涂层织物的力学性能也得到改善。以SF和PVA混合溶液涂层整理的织物具有较好的应用潜力。

［1]董永春，滑钧凯.纺织品整理剂的性能与应用［M].北京:中国纺织出版社，1998:33-36.

［2]顾乐华，朱平，张庆林.丝素整理剂的开发现状与发展趋势［J]印染助剂，2005(9):4-6.

［3]何新杰.丝素整理剂的制备及性能对羊毛织物的抗皱性能的影响［J].毛纺科技，2000(3):30-32.

［4]张袁松.周泽扬.丝素的多功能开发与应用［J].蚕学通讯，1999(4):54-56.

［5]刘涛，梁列峰，高素华.以聚乙烯醇为载体引入丝胶共混成纤的研究［J].四川丝绸，2007(2):15-17.

［6]梁列峰，张霞，邹传勇.壳聚糖与聚乙烯醇共混成纤的可行性研究［J].现代纺织技术，2006(1):1-4.

［7]CHIELLINI E，CORTI A，SOLARO R.Biodegradation of poly(vinyl alcohol)based blown films under different environmental conditions［J].Polymer Degradation and Stability，1999，64(2):305-312.

［8]曾宪珉，封纪述，阳道允，等.丝蛋白与聚乙烯醇共混纤维:中 国，1062934A［P/OL].［1992-07-22].http://211.157.104.87:8080/sipo/zljs/hyjs － yx －new.jsp?recid=CN90106200.6＆leixin=fmzl＆title=丝蛋白与聚乙烯醇共混纤维＆ipc=D01F8/10

Fabric finishing and research on biodegradability of cotton fabrics of loading polyvinyl alcohol into silk fibroin

Zhao Yu (Fashion and Art Design Institute，Donghua University)

Through investigating silk(SF)and polyvinyl alcohol(PVA)of different concentrations mixing coats on cotton fabrics，after heating，microwave heating and ultrasonic treatment，finding burying biodegradability and mechanical property of finished fabrics.The result shows the breaking strength and breaking elongation of the fabrics coated with SF and PVA has improved，as well as strong degradation.The coated fabric degradation which treated with microwave heating is better than fabrics with ultrasonic treated，and coated fabric degradation with heat treated is the worst relative to others.The more content of SF in finishing liquor，the better biodegradability of coated fabric.The research shows cotton fabrics deal with SF/PVA have biodegradability，security and better strength，and have a wide useable potential.

silk fibroin，polyvinyl alcohol，coated fabric，biodegradability，mechanical property

TS101.923.9;TS195.597

A

1004－7093(2010)12－0037－05

2010－04－08

赵雨，女，1987年生，在读硕士研究生。主要研究方向为服装结构和服装数字化。