不同分子量壳聚糖及其季铵盐对亚麻织物改性研究

吴 伟，姜会钰

（武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430200）

不同分子量壳聚糖及其季铵盐对亚麻织物改性研究

吴 伟，姜会钰*

（武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430200）

使用不同分子量的壳聚糖及其季铵盐对亚麻织物进行改性，和未改性织物相比，改性后织物没有变硬，而且其柔软度随着分子量的降低而变柔软。壳聚糖改性和季铵盐改性后织物的褶皱回复角均变大，而且季铵盐改性后的织物褶皱回复角相对更大。通过扫描电镜进行、FAST织物风格仪进行测试，可以发现改性后织物表面变得更加光滑，但织物的强力和断裂伸长率均有不同程度的下降。

亚麻织物；壳聚糖；季铵化；改性

壳聚糖是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源，具有类似纤维素的结构[1,2]。它具有绝佳的生物降解性、无毒无害及优良的成膜性，因而被应用于各个行业[3]。在纺织工业中，壳聚糖由于低水溶性而被限制了广泛应用，而降低其分子量和季铵盐改性是解决方法中常用的两种[4,5]。

亚麻纤维具有吸湿透气、抗菌防臭、经济实惠等特点[6-8]，但由于微观结构和化学组成的特点[9, 10]，亚麻织物穿着时存在刺痒感，在穿着和洗涤过程中也容易起皱[11]。

1　试验

1.1 材料与仪器

织物：纯亚麻半漂平纹织物

试剂：不同分子量壳聚糖及其季铵盐（自制），甘氨酸盐酸盐（自制）

壳聚糖及其季铵盐分子量及编号如表1所示。

表1　不同分子量壳聚糖及其季铵盐

仪器 AY120型电子分析天平（日本岛津公司），PCE-3000型电热鼓风干燥箱（上海索谱仪器有限公司），Phenom Pro型台式扫描电镜（荷兰Phenom-World公司），PAO-087型小型轧染机（厦门瑞比精密机械有限公司），YG541B型织物褶皱回复角测定仪（宁波纺织仪器厂），Fast织物风格仪-Fast-2弯曲性能仪（澳大利亚联邦科学院）

1.2 亚麻织物改性处方与工艺

不同分子量壳聚糖改性处方与工艺：

壳聚糖：4 g/L；甘氨酸盐酸盐：0.5%；浴比：1 : 30

首先使用0.5%的甘氨酸盐酸盐水溶液溶解壳聚糖，待完全溶解后，浸轧（二浸二轧，每次浸30min，

轧余率80%～90%）→ 烘干（100℃，5 min）。

不同分子量壳聚糖季铵盐改性处方与工艺：

壳聚糖季铵盐：4 g/L；浴比：1 : 30

浸轧（二浸二轧，每次浸30min，轧余率80%～90%）→ 烘干（100℃，5 min）

1.3 测试方法

（1）弯曲长度的测定。将改性前后的亚麻条状试样平放在Fast 2-弯曲性能仪的测量平面上，然后缓慢向前推移，使试样一端逐渐脱离平面支托呈悬臂状。受试样本身重力作用，试样前沿与水平面之间成41.5°角时，隔断光路，此时试样伸出支托面的长度即为弯曲长度。每个试样测量三次，取平均值，且每两次测得的数据间隔不超过0.5mm。

（2）褶皱回复角的测定。参照GB/T 3819-1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》测试。

（3）织物表面形貌的测定。使用Phenom Pro型台式扫描电镜测量经过壳聚糖及其衍生物处理前后亚麻织物的表面形貌，放大倍数：1000倍左右。

（4）机械性能的测定。参照GB/T3923-1997《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长的测定条样法》测试。

2　结果与讨论

2.1 弯曲长度的分析

织物的弯曲长度在一定程度上能代表织物的柔软度，因为壳聚糖在处理纤维素纤维时，由于其分子量大，水溶性差，总会出现发硬的状况，且亚麻本身手感就比较粗犷，使用壳聚糖改性后，织物的手感是一个必须考究的因素。图1中显示了经过不同分子量及其季铵盐处理亚麻后的弯曲长度。图中，F代表亚麻，C00～C04分别代表不同分子量的壳聚糖，H00～H04分别代表不同分子量的壳聚糖季铵盐。

从图1中可以看出经过原始分子量改性的亚麻弯曲长度比未改性的亚麻大很多，实际手摸也感觉到亚麻织物很硬，但随着分子量的逐渐降低，亚麻发硬的情况有所改善，且当分子量降到1900时，与未改性的几乎相同，实际手感也类似。而对比F+C00和F+H00可以看出，壳聚糖经过季铵盐改性后，其在织物上反映出的硬度要减小，这是因为其水溶性改善，对纤维的亲和力增强的缘故。

2.2 褶皱回复角的分析

不同分子量壳聚糖及其季铵盐处理到织物上后，织物折皱回复性的情况如表2所示。从表2中看出，亚麻织物经不同分子量的壳聚糖及其季铵盐衍生物整理后，折皱回复性无论是急弹还是缓弹，相对于未经整理剂整理的亚麻织物的抗皱性都有所提高，并且抗皱性随着分子量的增大先提高后降低。这是因为，织物经过壳聚糖处理后，分子量大的壳聚糖在纤维表面形成一层薄膜，可以提高织物的抗皱性，而分子量小的壳聚糖可以进入亚麻纤维内部，占据纤维间的空隙，并与纤维分子发生氢键、范德华力结合，阻止了纤维分子间由于外力的作用而产生的滑移，所以使织物的抗皱性能进一步提高[12]。但分子量过小，与纤维分子间作用力会减小，抗皱性提高的程度就会减弱。我们还可以发现，壳聚糖季铵盐处理后的抗皱效果都比壳聚糖氨基质子化处理的效果好，这归咎于季铵盐的静电引力作用力大，与纤维的结合力大，故而效果较好。

表2　不同分子量壳聚糖及其季铵盐处理后亚麻织物的折皱回复性

2.3 织物表面形貌观察

选取未整理的亚麻织物（Flax）、经CTS00处理后的亚麻（F+C00）、经CTS02处理后的亚麻（F+C02）、经HTCC02处理后的亚麻（F+H02），在放大1000倍的扫描电镜下观察织物表面的形貌，如图2所示。

图2　壳聚糖及其季铵盐处理亚麻织物前后织物表面形态的对比

表3　壳聚糖及其季铵盐处理亚麻织物前后机械性能的对比

图2中，首先是未整理的亚麻纤维与整理后的亚麻纤维相比，未整理织物的亚麻织物的纤维表面粗糙，有很多天然细小裂纹，而经过壳聚糖整理后，亚麻纤维表面的细小裂纹被壳聚糖分子填补，表面显得光滑、有涂覆感。再比较F+C00和F+C02、F+H02可以看出，壳聚糖的分子量越小，对亚麻织物纤维的渗透力越强，渗入纤维内部较完全，使纤维表面饱满、光滑，附着物较少；而季铵盐处理过的显得更为光滑，说明壳聚糖季铵盐与亚麻纤维之间的亲和力更好，结合更加充分。织物经壳聚糖及其季铵盐改性后表面变得光滑，可以在一定程度上起到减少织物本身的刺痒感的作用。

2.4 机械性能的分析

表3中显示了亚麻织物在改性前后断裂强力和断裂伸长率的变化，从中看出，经过改性后的织物强力和断裂伸长都有不同程度的下降，经过壳聚糖质子化整理后的亚麻织物，由于处理过程中会加入酸性的甘氨酸盐酸盐来溶解壳聚糖，会对亚麻织物中的纤维素产生刻蚀作用，而且当分子量降低后，壳聚糖的作用区域不限于表面形成膜，在纤维内部与纤维素形成分子间作用力，导致纤维各单元间的移动性受到牵制，负担外力的情况更不均匀，从而导致强力下降。同样的，低分子量壳聚糖季铵盐与纤维素的作用力更强烈，导致强力下降更为严重。当然，这些作用力降低了纤维随外力发生形变的能力，从而导致断裂伸长率下降[12]。

3　结论

本文使用不同分子量的壳聚糖及其季铵盐并对亚麻织物进行改性，经研究发现，壳聚糖改性和季铵盐改性后织物的性能发生很大的变化：（1）亚麻织物经过改性后，其柔软度几乎没发生变化，壳聚糖分子量越低，其柔软效果越好，而且用季铵盐改性后的柔软效果更好；（2）改性后织物的褶皱回复角有不同程度的提高，分子量在5600左右的壳聚糖改性后的织物的褶皱回复角最大，季铵盐改性后的织物的褶皱回复角相对更大；（3）改性后织物表面更加变得光滑，改性后织物的强力和断裂伸长率随着壳聚糖及其季铵盐与纤维之间的作用力的增大而下降。

[1] 蒋挺大．壳聚糖[M]．北京：化学工业出版社，2001．

[2] 王辉，王怀芳，张传杰，等．生物纤维素及其与多糖共混纤维的结构与性能[J]．武汉纺织大学学报，2012，06：24-28．

[3] 刘红玲，杨海浪，杨锋，等．CNT/CS/Ni复合材料的制备及催化性能研究[J]．武汉纺织大学学报，2013，03：76-79．

[4] JI J，WANG L，YU H，et al．Chemical Modifications of Chitosan and Its Applications [J]．Polymer-Plastics Technology and Engineering，2014，53(14)：1494-1505．

[5] 王进，孙昌明，吕景春．壳聚糖季铵盐的制备及其在纺织工业上的应用[J]．纺织科技进展，2013，(01)：3-6．

[6] 赵欣，高树珍，王大伟．亚麻纺织与染整[M]．北京：中国纺织出版社，2007．

[7] 史加强．亚麻生物化学加工与染整[M]．北京：中国纺织出版社，2005．

[8] RANA S，PICHANDI S，PARVEEN S，et al．Natural Plant Fibers：Production，Processing，Properties and Their Sustainability Parameters[M]．Springer Singapore：MUTHU S S．Roadmap to Sustainable Textiles and Clothing，2014．1-35．

[9] YAN L，CHOUW N，JAYARAMAN K．Flax fibre and its composites-A review [J]．Composites Part B：Engineering，2014，56(1)：296-317．

[10] 贾丽华，陈朝晖，高洁．亚麻纤维及应用[M]．北京：化学工业出版社，2007．

[11] 李柯楠．亚麻纺织产品染整技术难点分析[J]．黑龙江科技信息，2014，(22)：65．

[12] 汤芬，甘厚磊，邹汉涛，等．碱处理对剑麻连续长纤增强聚丙烯复合材料力学性能的影响[J]．武汉纺织大学学报，2011，(03)：11-15．

Research on the Modification of Flax Fabric with Different Molecular Weight Chitosan and its Quaternary Ammonium Salt

WU Wei, JIANG Hui-yu
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China)

In this paper, different molecular weight chitosan and its quaternary ammonium salt were used to modify flax fabric. Comparing with the fabric without modification, the modified fabric didn’t get harder and its softness became better as the molecular weight of chitosan decreased. Wrinkle recovery angle of the modified flax all increased. Moreover, the fabric modified by quaternary ammonium salt has better crease recovery than that modified by chitosan. By SEM and FAST fabric style instrument measurements, the fabric was found to be smoother. But tensile strength and elongation at break got decreased after modification.

flax fabric; chitosan; quaternarization; modification

TS195.2

A

2095－414X(2016)03－0032－04

姜会钰（1975-），男，副教授，博士，研究方向：生物质纤维及其清洁染整加工.