明胶蛋白助剂在纺织与染整中的应用

王百慧

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)



明胶蛋白助剂在纺织与染整中的应用

王百慧

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)

论述了明胶蛋白助剂在纺织和染整中的不同分类及其特点等，并探讨了其发展趋势。

蛋白浆料绿色环保

明胶是天然胶原三股螺旋结构被破坏后的形成的单链分子，其主要组成为氨基酸组成相同而分子量分布很宽的多肽分子混合物，分子量一般在几万至十几万。经红外测试、热重分析等，表明明胶蛋白上含有氨基酸成分[1-2]。明胶既具有酸性，又具有碱性，是一种两性物质，明胶的胶团是带电的，在电场作用下，它将向两极中的某一极移动。明胶分子结构上有大量的羟基，另外还有许多羧基和氨基，这使得明胶具有极强的亲水性。明胶蛋白在我国的发展开始应用于造纸、医学等领域，由于明胶蛋白具有特殊的性能，目前也应用于纺织和染整中。

1　明胶蛋白在纺织加工中的应用

1.1明胶蛋白改性羊毛纤维

由于羊毛纤维有着特殊的鳞片结构，导致羊毛纤维不易上色并且起毛起球现象严重。很多研究学者都对此课题进行研究，以研制出解决这种现象的方法，但目前的研究方法都是预处理羊毛纤维来破坏鳞片层，没有直接地对羊毛鳞片结构进行改性等，这种方法的缺点是对羊毛纤维的强力损失严重。田太洲等[3]人研究在TG酶的作用下，先将羊毛纤维经还原剂改性然后利用明胶蛋白对其改性，并研究了其对纤维强力及羊毛织物防毡缩效果的影响。结果表明，明胶在谷氨酰胺转氨酶的催化下能够与羊毛发生交联反应，并在羊毛鳞片表层形成一层“保护膜”，从而提高羊毛织物的断裂强力；羊毛织物的防毡缩性能也得到提升，且具有一定的耐水洗性能。

1.2明胶蛋白复合熔丝

明胶蛋白复合熔丝是利用胶原蛋白与其他天然生物大分子或高分子聚合物共混制备复合纤维。研究的方向大致分为两类，分别是胶原蛋白/ 壳聚糖复合纤维、胶原蛋白/ 聚乙烯醇复合纤维。胶原蛋白与天然生物大分子共混纺丝，所研制的主要是胶原蛋白/ 壳聚糖复合纤维[4-7]，胶原蛋白与高分子聚合物共混纺丝，所研制的主要是胶原蛋白/ 聚乙烯醇复合纤维[8-11]。在实验室对胶原蛋白/壳聚糖复合纤维、胶原蛋白/ 聚乙烯醇复合纤维进行研究，通过实验测试可知，壳聚糖和聚乙烯醇的作用都可以提高胶原蛋白溶液的可纺性，并且聚乙烯醇的加入比壳聚糖的加入提高可纺性的效果要好，原因是聚乙烯醇自身就是很好的化学纤维材料。但是根据已有报道，胶原蛋白/ 聚乙烯醇复合纤维具备较好的可纺性，聚乙烯醇在共混液中占有绝大部分比重，胶原蛋白最多只能达到40% 。当共混液中胶原蛋白比重增加时，共混液可纺性降低和后续的固化减慢，不利于纺丝。

1.3明胶蛋白对毛纱上浆

明胶蛋白是一种天然的大分子物质，形成的明胶膜耐磨性好、易水解、成本低，但其膜较脆、渗透性差，因此不能单独的使用明胶对纱线进行上浆。近年来由于丙烯酸类单体的广泛使用，加之可以根据所需要的效果较好的设计分子结构，因此选用合适丙烯酸类单体，将其接枝到明胶主链上，制备一种蛋白质的合成浆料。将其应用于浆纱中，不仅能够达到上浆的要求，并且绿色环保。张尚勇[12]等人利用丙烯酸类单体的优点，将硬单体和软单体等接枝到明胶的主链上，对其进行乳液聚合，制得一种蛋白质浆料，应用于毛纤维上浆，在实验室通过实验得出，毛纱上浆后不仅提高了强力和耐磨性，而且有效地降低了毛纱的毛羽，有利于织造。

刘玉森[13]等人也利用丙烯酸类单体的优点，将丙烯酸和丙烯酸甲酯单体接枝到明胶主链上，对其进行乳液聚合，制备一种蛋白类浆料，并且利用该浆料与明胶、PVA混合浆料做了浆膜性能测试和黏附性的对比。结果表明，与PVA混合浆料相比，接枝明胶浆膜的水溶性较好，断裂强度较高，断裂伸长率略低。对其进行粘附性测试，该浆料对毛纱的黏附性比PVA混合浆料要高。与明胶浆料相比，其浆膜和黏附性均比明胶要好，其吸湿率也较低。因此，接枝明胶作为主浆料基本能满足毛纱上浆的要求。

1.4明胶蛋白对纯棉纱线和涤棉纱线上浆

国外对蛋白淀粉进行研究，主要是通过一定的物理和化学的方法，制备一种蛋白浆料，并将其应用于经纱上浆中。通过一定的方法研究制得一种高纯度蛋白质淀粉，并对其的浆膜性能、浆液性能、浆纱性能进行测试，同时对比国内外常用浆料的浆纱性能。结果表明，该浆料是一种高蛋白的淀粉，成膜性优；相比国内外常用浆料，其断裂强力和断裂伸长率和酸解淀粉相近；其浆纱的硬挺性要好，挠性优于酸解淀粉，与PVA相似；耐磨性低于PVA和酸解淀粉。由于在纱线表面行成的浆膜包覆性好，这样可以减少浆液向纤维内部渗透，对浆纱的伸长率影响较小，抗弯刚度越小[14]。

Lihong Chen、Yiqi Yang 等人[15-16]对大豆蛋白、小麦蛋白以及羽毛蛋白进行研究，将蛋白质溶解于一定浓度的碱液中，通过改变碱液的浓度、溶液温度、溶解时间等，制备一种蛋白浆料，并测试其自身的一些性能以及应用于纯棉纱线以及涤棉纱线的上浆中，同时与PVA的浆纱性能进行对比。结果表明，其自身具有优异成膜性能，并且也被用作粘合剂，可以取代PVA。并且对纯棉纱线和涤棉纱线进行上浆，不仅其浆纱性能与PVA浆料的浆纱性能相似，并且其浆纱的成本较PVA低，BOD5/COD也比PVA低，易于生物降解。不仅实现了节能减排、清洁生产，还节约了上浆的成本。

王百慧等[17]人利用蛋白浆料的优点，通过接枝改性，制备出一种阳离子蛋白衍生物浆料，并将其应用于纯棉纱线和涤棉(65/35)纱线的上浆中，并测试了浆纱的效果，同时与常用的浆料进行对比。确定出了该浆料的最佳上浆工艺条件，其中对纯棉纱线的上浆工艺为：煮浆温度95℃，煮浆时间30min，浆料浓度7%；对涤棉/混纺纱线的上浆工艺为：煮浆温度95℃，煮浆时间30min，浆料浓度5%。与PVA和变性淀粉混合浆料比较，表明该阳离子明胶蛋白衍生物浆料具有黏度低、有效增加纱线的强力和降低毛羽的优点，其浆纱效果优于PVA浆料，可以完全或者部分替代难生物降解的PVA浆料。

2　明胶蛋白在染整加工中的应用

2.1明胶蛋白在染整前处理中的应用

由于明胶蛋白自身含有一定量的游离氨基、羟基、羧基等极性基团，并含有大量的酰胺键，通过适当的条件加入一种交联剂，对明胶蛋白进行改性，使得明胶蛋白助剂与纤维发生交联反应。与阴离子染料对其进行染色时，使得范德华力和氢键的作用力都有所增加，从而可以有效地提高染色的上染百分率，增加纤维的染色深度，实现无盐染色。高少莹等人，使用明胶蛋白与交联剂反应，制得一种阳离子明胶蛋白助剂。通过在适当的条件下，利用阳离子明胶蛋白对棉织物改性，研究表明，一是利用阳离子明胶蛋白助剂与金属离子的络合作用，以促进双氧水分解的活化作用，并且有效的改性控制了双氧水分解的稳定性，使得漂白织物的白度明显增加，同时降低了纤维的损伤。二是同时棉织物被阳离子化改性，纤维上带有正电荷，与活性染料无盐染色时，不仅提高了染色上染百分率和K/S值，经染色后的织物其耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度基本达到传统漂白工艺效果[18]。

2.2明胶蛋白在染整染色中的应用

刘元军等[19]人利用废弃蛋白为原料，对其进行阳离子化改性，研制出一种阳离子蛋白助剂，并将其应用于活性染料对纯棉织物的染色中，以评价其染色效果。通过实验结果表明，经阳离子蛋白助剂改性的棉织物能显著提高阴离子活性染料的染色性能，实现活性染料无盐低碱染色，并且染色后的织物具有更高的值和更高的固色率。在相同值的条件下WLS与未改性织物染色工艺相比改性织物染色工艺可节约染料用量。另外织物经改性后染色其干湿摩擦色牢度均有所提高。

2.3明胶蛋白在染整后处理中的应用

蛋白类皂洗剂在国内研究的较少，王雪燕等人一直致力于研究蛋白类助剂，以废弃蛋白为主要原料，对其进行改性，应用于棉纱线的上浆、棉织物的漂白、染色以及后处理中，以节约浆料用量、染料用量等，达到较好的上浆效果、漂白效果和染色效果，并实现活性染料无盐染色，降低能耗，节约用水，以实现废弃物变废为宝。刘元军[20]等人研究以废弃羽毛蛋白为原料，对其进行改性，合成一种蛋白类的防沾污皂洗剂(WLS-20)，应用于活性染料的染色、皂洗等工艺，并优化出活性染料染色后皂洗的工艺。实验表明，与传统的皂洗工艺相比，经WLS-20皂洗后的织物，白布的沾色明显减少，耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度均有所提高，减少了皂洗时的用水量，从而节约了水处理的费用，降低了皂洗的成本。并且经WLS-20皂洗处理后，具有蛋白结构，显著了提高了织物的服用性和档次。

2.4明胶蛋白在印染废水中的应用

目前印染废水的处理是印染行业的重点研究对象，绿色环保可行性化的发展使得印染行业开始更加关注环保化，可持续化发展。贺宝元等[21]人将壳聚糖和明胶作为原料，戊二醛为交联剂，不仅利用了壳聚糖的阳离子性，而且还利用了明胶的两性特点。通过反相悬浮交联法，制备出一种壳聚糖/明胶复合微球(CGMSs)。结果表明，CGMSs吸附剂具有优异吸附与解吸性能，可用于活性染料为代表的阴离子型染料废水处理之中；将该CGMSs用于活性染料水洗工艺，CGMSs 与常规净洗剂的净洗效果相当，其净洗残液的 CODCr值仅为常规净洗剂的 1/16，减少了染料废水排放量，降低了处理成本。CGMSs净洗工艺同常规净洗工艺相比省去净洗前 1 道冷水洗工艺和 1 道酸洗工艺，为活性染料净洗工艺节约用水用汽 ，能够降低活性染料染色成本，符合印染行业绿色清洁化生产。阴离子染料都具有良好的吸附性能，因此适合印染厂染色废水处理。

3　结论

目前我国对蛋白助剂的研究较少，以废弃蛋白为原料减少浪费，变废为宝，开发一种绿色环保的纺织浆料、漂白剂、染色改性剂、后整理剂或者漂白改性一浴整理剂，将此应用于实验室中，不仅可以达到所预想的效果，并且可实现节能减排，无盐染色，小浴比等特点，达到绿色环保的目的。但此类助剂目前研究大多适用于实验室，还未能在工厂中得到利用，因此应结合实际，将其应用于工厂中，以期达到真正目的上的绿色环保、节能减排的效果。

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Application of Gelatin Protein Agent in Textile, Dyeing and Finishing

WANGBai-hui

(School of Textile and Materials, Xi′an Polytechnic University, Xi'an 710048)

The different classifications and characteristics of gelatin protein agent in textile, dyeing and finishing were discussed and its development trend was explored.

proteinsizing agentenvironment-friendly

1008-5580(2016)03-0178-04

2016-01-17

TS190

作者：王百慧(1988-)，女，硕士，研究方向：环保型多功能整理剂的研发及其在纺织品染整加工中的应用。