壳聚糖对柞蚕丝绸抗皱性能的影响

贾艳梅

(武汉纺织大学 化学工程学院，武汉 430073)

壳聚糖对柞蚕丝绸抗皱性能的影响

贾艳梅

(武汉纺织大学 化学工程学院，武汉 430073)

采用壳聚糖、柠檬酸、次亚磷酸钠等的混合溶液对柞蚕丝绸进行抗皱整理，研究了壳聚糖质量浓度、壳聚糖分子质量及焙烘温度对抗皱性能的影响，并对壳聚糖整理前后丝绸表面微观形貌、撕破强力、白度及柔软度进行了测试。结果表明，用质量浓度5 g/L的低分子量壳聚糖整理柞蚕丝绸可获得较好的抗皱效果，整理后柞蚕丝绸表面平挺光滑，折皱回复角显著提高，强力和白度保留率分别为88.1 %和92.4 %，柔软度有一定程度下降。

壳聚糖；柞蚕丝绸；抗皱整理；折皱回复角

壳聚糖是一种功能性生物材料，广泛应用于纺织、印染、农业、造纸、食品、日用化工、环境保护、药物制剂及医药等领域。在纺织工业中，壳聚糖作为纤维素纤维和蛋白质纤维的抗皱抗菌整理剂，具有效果好、无甲醛、对人体无害、绿色环保等优点，是一种很有发展前景的绿色抗皱整理剂。本研究采用壳聚糖的柠檬酸溶液对柞蚕丝绸进行抗皱整理，研究壳聚糖分子质量、质量浓度、焙烘温度等因素对抗皱性能的影响，并对整理前后柞蚕丝绸表面微观形貌、折皱回复角和其他性能指标进行测试，探索壳聚糖对柞蚕丝绸抗皱整理的效果及其最佳工艺条件。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

织物：柞蚕平纹绸(5023)。

药品：壳聚糖(脱乙酰度85 %，分子质量45万)，过氧化氢(30 %)，柠檬酸(CA)，次亚磷酸钠(HAP)，氨基硅油柔软剂(工业品)等。

仪器：HH-2型数显恒温水浴锅(上海索谱仪器有限公司)，电热恒温鼓风干燥箱(上海索谱仪器有限公司)，TF-AC型气压电动小轧车(天津市莱思科技公司)，M510B织物折痕回复性测定仪(青岛山纺仪器有限公司)，YG033N型落锤式织物撕裂仪器(南通宏大实验仪器有限公司)，WSB-3A型智能数字白度计(宁波纺织仪器厂)，M507型织物自动硬挺度测试仪(青岛山纺仪器有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 不同分子质量壳聚糖的制备

实验采用过氧化氢降解法来制备低分子质量的壳聚糖，降解反应温度50～60 ℃，通过控制H2O2的质量浓度和反应时间来调节壳聚糖的平均分子质量，分别制得分子质量约为30，10，5，1万的壳聚糖产品[1-2]。

1.2.2 壳聚糖整理工艺

壳聚糖整理液由不同质量浓度及不同分子质量的壳聚糖、柠檬酸80 g/L、次亚磷酸钠30 g/L、硅油柔软剂3 g/L组成。

整理工艺：二浸二轧壳聚糖工作液(轧余率100 %)→预烘(90 ℃，2.5 min)→焙烘(160 ℃或170 ℃，3 min)→水洗→烘干。

按上述配方及工艺对柞蚕丝绸进行整理，测定整理后织物的折皱回复角及其他性能指标，以考察壳聚糖分子质量、壳聚糖质量浓度、焙烘温度对蚕丝织物整理效果的影响，确定壳聚糖整理的最佳工艺条件。1.2.3 测试方法

折皱回复角：织物干回复角按GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定》(垂直法)，在M510B型织物折痕回复性测定仪上进行，以经向和纬向的回复角之和作为测试结果。

撕破强度：采用YG033N落锤式织物撕裂强力仪进行测试，每个试样测定3次，取其平均值作为结果。

织物白度：采用WSB-3A型智能数字白度计测定，织物4折，测定3点取其平均值。

柔软性能：采用M507型织物自动硬挺度测试仪进行测试。将丝织物制成2.5 cm×20 cm的条形试样，以被测织物的滑移长度和单位长度抗弯刚度两项指标评价硬挺度，织物的滑移长度越长，单位长度抗弯刚度越大，表示织物硬挺度越高，柔软性能则越差。

织物表面微观形貌：在英国产JSM-5610LV型扫描电子显微镜(SEM)上进行测试，测试前对待测样品进行喷金处理，加速电压20 kV，低真空度1～270 Pa，分辨率3 nm，放大倍数100。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖分子质量及质量浓度对柞蚕丝绸抗皱性能的影响

在160℃和170℃焙烘温度下，壳聚糖分子质量及质量浓度对织物抗皱性能(干折皱回复角，缓弹)影响见图1(未整理柞蚕丝绸的折皱回复角为171°)。

图1表明，用壳聚糖整理柞蚕丝绸可显著提高织物的折皱回复角。这主要是因为在高温焙烘时有下列反应发生：壳聚糖分子中的—NH2和—OH与蚕丝大分子中的活性基团以氢键、范德华力结合；壳聚糖与蚕丝纤维的电性吸附；壳聚糖在丝纤维内部和表面沉积、成膜；蚕丝分子中—COOH与壳聚糖的—NH2在高温下形成羧酸铵盐；通过酯化交联而固定在蚕丝纤维上的CA与壳聚糖发生酰胺化反应，增加了壳聚糖在蚕丝上的固着；CA通过酯化反应在壳聚糖和蚕丝纤维大分子之间形成交联等。这些反应使壳聚糖在柠檬酸溶液中，在HAP的催化下可发挥良好的抗皱作用，并具有一定的耐久性[3-4]。

图1 壳聚糖分子质量、质量浓度的影响Fig.1 In fluence of Concentration and Molecular of Chitosan

从壳聚糖分子质量对折皱回复角的影响看，随着分子质量的降低，柞蚕丝绸的折皱回复角增大，抗皱性能提高，在所试分子质量范围内，以1万分子质量的壳聚糖处理效果最好，折皱回复角最高为254°，比未整理(回复角171°)提高了83°。这是因为，小分子质量更容易进入纤维的内部与纤维发生化学交联或自身缩合沉积，而分子质量大的壳聚糖不易进入纤维大分子内部，只沉积在纤维表面，抗皱效果不如小分子壳聚糖。

从壳聚糖质量浓度对抗皱效果的影响看，折皱回复角先是随壳聚糖质量浓度的增加而增大，当质量浓度达到5 g/L时，折皱回复角达到最高，此后再增加质量浓度，折皱回复角反而下降。其主要原因是高质量浓度壳聚糖在纤维表面形成的薄膜厚度增加，纤维表面薄膜脆化，使纤维的刚性变大，降低了织物的回弹性能，且手感也变得粗硬。因此，选择最佳处理质量浓度为5 g/L。

分析不同的焙烘温度影响，在所试的壳聚糖分子质量和质量浓度下，170 ℃焙烘的折皱回复角均高于160 ℃，说明较高焙烘温度下壳聚糖与丝素大分子间的反应更充分，能更大程度地抑制蚕丝大分子链的相对滑移，从而提高折皱回复性能。而最佳抗皱整理条件还要综合考虑织物的其他性能，如织物在强力、手感柔软度、白度等方面的指标。

2.2 壳聚糖整理对柞蚕丝绸其他性能影响

分别测试了未经壳聚糖整理，以及160，170℃焙烘下经壳聚糖整理的织物的撕破强力、白度、柔软性能等指标，结果见表1。

表1 不同整理条件下整理后柞蚕丝绸的指标Tab.1 Indicators of Tussah Silk Fabric under Different Treatment Conditions

表1说明，经壳聚糖整理后，柞蚕丝绸的抗皱性能明显提高，但织物白度、强力、柔软度均有一定程度下降，160 ℃和170 ℃焙烘下的强力保留率分别为88.1 %和75.8 %；白度保留率分别为92.4 %和89.6 %。比较而言，160 ℃焙烘时的综合性能较好，又可以节省能源。

2.3 柞蚕丝绸表面微观形貌

采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察壳聚糖整理前后柞蚕丝织物表面微观形貌，结果见图2。经壳聚糖整理后，柞蚕丝表面形貌发生变化，这是由于壳聚糖覆盖于蚕丝纤维的表面所致；另一方面，壳聚糖整理使蚕丝织物的弹性回复性能提高，不易起皱，表面平挺光滑，这与前述折皱回复角测定结果相一致。

图2 柞蚕丝绸SEM图Fig.2 SEM Photographs of Tussah Silk Fabric

3 结 论

柞蚕丝绸经壳聚糖整理后，表面微观形貌变得平整光滑，壳聚糖整理可提高柞蚕丝织物的抗皱性能，低分子质量较高分子质量壳聚糖抗皱性能好，适宜的壳聚糖质量浓度5 g/L，焙烘温度160 ℃，3 min，在此条件下，丝织物的折皱回复角从171°提高到252°，织物的强力和白度保留率分别为88.1 %和92.4 %，由于加入硅油柔软剂，织物柔软度下降不十分明显。用壳聚糖整理柞蚕丝绸具有较大的应用价值。

[1]林杰，刘志梅，鲁孝俊，等.壳聚糖在柞蚕丝活性染料染色中的作用[J].丝绸，2007(8)：44-47.

[2]贾艳梅.蛹皮壳聚糖的制备及在毛织物艾蒿染色中的应用[J].毛纺科技，2009(11)：10-13.

[3]黄立新，谢林明，崔毅华.蛹壳聚糖对真丝织物的抗菌防皱整理[J].丝绸，2003(4)：37-39.

[4]陈克宁，贾炳颖，王超.次磷酸钠在CA整理体系中的催化作用[J].印染，2002(7)：1-3.

Study on Wrinkle Resistant Property of Tussah Silk Fabric Treated With Chitosan

JIA Yan-mei

(College of Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China)

Tussah silk fabric was finished with compound solution of chitosan, citric acid, sodium hypophosphite, etc. The effect of chitosan concentration, chitosan molecular and curing temperature on the anti-wrinkle properties were studied, and silk fabric surface topography, tearing strength, whiteness and softness before and after chitosan finishing were tested. The results showed that the finish of low molecular chitosan with the concentration of 5 g/L can obtain better wrinkle resistant properties, the tussah silk surface become smooth and the wrinkle recovery angle increased significantly after finishing, the strength and whiteness retention rates were 88.1 % and 92.4 %, while the softness decreased.

Chitosan; Tussah silk fabric; Crease-resistant finishing; Wrinkle recovery angle

TS190.644

A

1001-7003(2010)09-0001-03

2010-03-02

贾艳梅(1967－ )，女，教授，硕士，主要从事纺织品生态助剂及工艺的研究。