桑蚕丝丝绵生产加工技术研究进展

林海涛， 赵树强， 凌新龙， 覃朝熙(.广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006；.鹿寨县贵盛茧丝工贸有限公司，广西 鹿寨 545600)

研究与技术

桑蚕丝丝绵生产加工技术研究进展

林海涛1， 赵树强1， 凌新龙1， 覃朝熙2
(1.广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006；2.鹿寨县贵盛茧丝工贸有限公司，广西 鹿寨 545600)

桑蚕丝绵作为丝绵被的填充物，以其轻软、吸湿、舒适、不刺痒、保暖性好、弹性好等特点深受市场和消费者的青睐，由其制成的丝绵被不仅对人体皮肤及心血管有保健功效，还是重要的传统出口丝绸产品。然而以桑蚕丝为原料制作丝绵的过程中需要除去残余丝胶和油脂等杂质，以利于丝绵后整理工序的顺利进行。结合近年来制绵工艺及处理技术的一些研究成果，简要概述丝绵生产加工技术及功能性整理的研究进展，分析不同加工技术对丝绵的处理效果及制绵工艺中存在的问题，指出制绵的一些高新改进技术及开发具有高附加值的新型功能性整理。

桑蚕丝；加工技术；制绵工艺；改进技术；功能性整理

丝绵被作为一种高档寝被用品，其不仅具有蓬松爽滑的特点，还具有防止风湿症、关节炎及皮肤病，改善睡眠质量等作用，它既可以用作夏季的空调被，也可用作冬季的防寒被。桑蚕丝丝绵作为丝绵被生产的填充物，表面残余丝胶和杂质的存在却影响丝绵的光泽、手感，因此在制作丝绵的过程中，脱胶除油技术是丝绵加工中的一个重要环节。近年来，这方面的研究日益受到重视，许多新的研究被报道。本文通过对相关文献进行分析总结，结合笔者所在团队的研究，比较了不同加工技术的特点与存在问题，并在此基础上阐述了丝绵生产加工技术的发展方向。

1 丝绵的概述

1.1 丝绵的来源及加工流程

蚕茧经混、剥、选工序得到的一些下茧(如双宫茧)，还有缫丝过程中产生的一些副产品(如蛹衬、汰头、滞头等)也可以作为丝绵的原料，如图1所示。手工丝绵传统上采用蚕茧为原料，经蒸煮、漂洗、剥茧开绵、晾晒或烘干等工序手工制作，如图2所示。随着蚕丝加工机械与设备的发展，当前的丝绵加工均采用机制丝绵的方式，经选茧、打绵、煮练、漂洗、晾晒或烘干等工序制成优良的丝绵被填充物，如图3所示。

图2 手工丝绵制作过程Fig.2 The production process of handmade silk floss

图3 机制丝绵制作过程Fig.3 The production process of machine-made silk floss

1.2 丝绵的性状特征

丝绵的加工方式有手工和机制之分，手工丝绵形状呈袋形且丝绵纤维呈网状交叉，存在丝筋和少量绵块，且含胶量很高；采用桑蚕丝制成的机制丝绵外形呈方形，而且很白。丝绵所用的原料不同，其特征也不同，比如用双宫茧加工的丝绵手感柔爽，没有明显绵块、丝筋；以次茧为原料制成的丝绵掺杂着很多茧屑和蛹皮[1]。丝绵中除了含有丝胶外，还有色素、油脂等杂质，丝绵使用一段时间后，会出现异味、丝绵板结等问题。为了使丝绵具有保暖、柔软、舒适等性能，在制作丝绵的过程中要严格控制好丝绵的含油率。另外，采购原料时，要确认其质量好坏，避免劣质原料流入生产线。

2 桑蚕丝丝绵的加工技术

2.1 丝绵脱胶方法

2.1.1 碱 法

碱法是利用练液中的碱剂偏离丝胶的等电点，从而加速丝胶的膨化和水解，并稳定地分散在练液中。一般用于脱胶的碱剂有碳酸钠、碳酸氢钠[2]、氢氧化钠[3]等，其中用氢氧化钠处理丝绵，30 min后丝胶全部溶解，然而丝绵纤维的强力和弹性变得很差[4]；而用碳酸钠精练丝绵，研究结果表明，其脱胶效果的不同源于碳酸钠溶液的浓度[5-7]。张雨青等[8]采用碳酸钠处理丝绵，研究发现丝绵的残胶率随着溶液浓度加大而有明显降低。总之，碱法脱胶能减轻泛黄程度，而且化学试剂耗费少，然而碱法脱胶的工艺条件若控制不当，如用碱浓度高、脱胶时间长等都会对丝绵中的丝素造成损伤。

2.1.2 皂 法

皂法一般是以中性的肥皂溶液为脱胶剂，利用肥皂表面的活性作用来加速丝胶的膨润和溶解，使之脱离丝绵。另外，肥皂的乳化作用还能去除丝绵纤维上的油脂，用于脱胶的肥皂有松节油皂[9]、硬脂酸钠[10]、蚕蛹油皂[11]等。Chopra等[12]用马赛皂对丝绵进行精练处理，精练后丝绵的脱胶率达到21.58%，其丝鸣感、弹性等指标均有不同程度的改善。皂法脱胶的优点是处理后的丝绵手感柔软、干爽，然而用皂量大、脱胶能力低，而且丝绵中残留的皂剂随着时间的延长会出现丝绵染斑、泛黄、脆化等问题。另外，皂剂还容易受练液中硬水的影响而增加丝绵加工的成本，因此只停留在实验阶段，没有实际生产价值。

2.1.3 酶 法

酶对化学反应的速率有显著的提高，同时反应前后不发生变化。然而酶还具有其他特殊的性质，如高效专一性、反应温和性、易降解性和易变性等。目前国内用于丝绵脱胶的酶有胰蛋白酶、胃蛋白酶[13]、木瓜蛋白酶[14]和胰酶等。酶法脱胶的优点为酶用量少，环境污染小，处理后的丝绵手感柔软，然而该方法的缺点是：由于酶的专一性很强，不能除去丝绵纤维中的浸渍助剂、油脂等其他杂质，且丝绵的残胶率很高。因此酶法要结合其他方法来精练丝绵，如酶-皂脱胶、酶-合成洗涤剂脱胶、酶-微波脱胶[14]、碱预处理-酶脱胶等。Arami等[15]采用混合蛋白水解酶进行脱胶实验，其丝绵的练减率、强力等质量指标均优于皂法脱胶的质量指标。

2.1.4 酸 法

丝绵通常是在碱性溶液中脱胶，但是高浓度碱处理丝绵又会损害丝素纤维，然而酸也可以作为一种处理丝绵的脱胶剂，其原理是酸性溶剂攻击连接天门冬氨基酸和谷氨酸之间的肽键，使其发生酸性水解，生成溶于水的多肽，且酸性溶剂对油脂无乳化作用。酸法脱胶常采用硫酸或盐酸作为脱胶剂，酸的摩尔浓度为0.015～0.020 mol/L，脱胶温度为95～97 ℃，处理时间为10～50 min[16]。脱胶的酸剂还有柠檬酸[17]、乳酸、酒石酸[18]、乙酸等，其中林海涛等[18]用酒石酸进行脱胶实验，研究发现脱胶温度(93 ℃)保持不变，丝绵的脱胶速度会随着时间的延长而变慢很多；Md. Majibur Rahman Khan等[19]采用柠檬酸对蚕丝进行精练，研究脱胶完全的脱胶丝物理机械性能和染色性能良好；有学者用25 g/L的草酸在pH5，温度为90 ℃的条件下进行脱胶实验，研究发现脱胶2 h后可以获得完全脱胶及丝绵染色性能良好的效果[20]。

酸法脱胶的优点是处理后的丝绵强力好，制成率高；缺点是此法脱胶不具有针对性，使得精练过程无法控制。另外，脱胶时产生的刺激气味会对设备和人体皮肤造成不同程度的损伤，严重影响其服用性能，因此极少使用。

2.1.5 其他脱胶方法

丝绵残胶率的存在会影响丝绵的手感、光泽及丝绵的后续工艺，因此在制绵工艺中，要选择合理的脱胶方法。丝绵脱胶的方法除了以上方法外，还有沸水法、皂碱法、超声波辅助法等。

超声波在传播过程中产生的热效应、机械效应和声空化[21-22]能够降低化学品的消耗和能量损耗，改进产品质量，加速反应速率，缩短反应周期，提高反应产率，改变反应途径，增加反应物表面接触面积，加速溶解[23-27]等。蒋芳等[28]利用超声波对长吐条进行脱油脱胶预浸处理，发现能减少丝绵加工的时间，耗能量也很低，但也存在很多问题，如噪音高、生产成本高等[29]。随着先进科技的发展和高性能超声波设备的普及，将超声波应用于丝绵初加工工艺中能成为一种新型丝绵初加工方法。

沸水法是基本没有加入化学助剂，仅靠煮沸的水来进行精练，然而要求的温度很高、反应时间长[30]，而且处理后的丝绵白度也不高。因此，该法并不适合企业的大规模生产，仅适用于实验室研究。

通常皂碱法作为一种传统的丝绵精练方法，不仅脱胶效果好，而且丝绵的强力、弹性和手感等性能优异。另外，肥皂的表面活性作用还能促使丝绵脱胶均匀。皂碱法的优点是处理后的丝绵光泽肥亮，其手感柔软滑爽，富有弹性，可防止丝绵折皱和擦伤，但是丝绵易吸收练液中的钙、镁皂，且丝绵中残留的肥皂随着时间的延长会导致丝绵泛黄脆化[31]，影响丝绵织物的手感。

2.2 丝绵除油方法

丝绵里残余丝胶和杂质的存在会使丝绵产生异味，进而影响丝绵的服用性能，因此必须通过去油工艺去除杂质。目前丝绵除油的方法有：有机溶剂脱油，浸洗法脱油，皂碱法脱油，微生物化学精练脱油，表面活性剂脱油等。其中，表面活性剂精练除油是利用其“相似相溶”原理对油脂进行溶解处理，从而达到除油的目的。封宝山等[32]用6号轻汽油处理丝绵后，丝绵的白度、压缩率等性能指标均有大幅度的提高。而微生物化学精练除油法虽然较老，但是却拥有非常好的精练除油效果，在低温下就可进行，耗能耗材少，不伤纤维，而且处理后的丝绵质量好，但缺点就是比较耗时耗人工、除油效率很低、环境污染大[33]。

3 丝绵的功能化整理

随着时代的进步和科学技术的发展，特别是近年来高分子材料和化学工业的快速发展及绿色环保纤维的问世，使得丝绵的服用性能面临着严峻的考验。加上丝绵本身存在的一些缺陷，如丝绵使用一段时间后，会出现丝绵板结、收缩等，因此为了保持原有的优良风格，有必要改善丝绵的抗菌、防臭、抗皱等性能。储呈平等[34]采用茧丝膨化煮茧技术处理丝绵后，改善了其回弹性、柔软性和膨松性。冯志红等[35]采用自制柔软剂和碱液在超高温的条件下处理丝绵，使得丝绵的蓬松性和弹性等得到了不同程度的改善。

纳米技术的发展为开发功能性丝绵开辟了新的途径，将丝绵与一些拥有特殊功能的纳米微粒结合，开发多功能、高附加值的丝绵，能有效改善丝绵性能，这已成为目前丝绵开发的新热点。Lu等[36]将纳米粒子通过浸涂工艺固定在丝绵表面，使丝绵的紫外防护和抗菌性能得到一定程度的提高。

等离子体处理技术作为一种纺织材料改性新技术，处理丝绵时成本低，可操作性高，而且用等离子体技术处理后的丝绵不仅保持了丝绵本身的优良性能，还赋予了其新的特征或消除某些缺点。Gogoi等[37]用Ar等离子体放电对丝绵进行改性，使其疏水性及强力有了一定的提高。Paosawatyany-ong等[38]通过射频等离子体技术辅助接枝、共聚等手段对丝绵纤维进行改性，并且让甲基丙烯酰基乙氧基磷酸二苯酯(MEDP)作为纳米涂层，赋予丝绵一些性能(如丝绵的阻燃性能)，能发现丝绵表面覆盖着炭化层。总之，应加大对等离子体的研究和开发力度，使等离子体处理技术有更大的前景。

近年来，微胶囊技术在丝绵的功能整理方面也有应用，如丝绵的芳香整理、阻燃整理、防臭抗菌整理等。盛家镛等[39]用微胶囊技术对丝绵进行微胶囊芳香整理，研究发现此技术的应用赋予了丝绵被持久芳香的特性。虽然微胶囊技术用于丝绵功能性整理的应用有限，但是随着微胶囊技术研究的不断深入和发展，制备工艺的日益成熟，相信微胶囊技术在纺织整理方面会有更大的前景。

4 展 望

丝绵生产加工既要除去油脂和丝胶等杂质，又要改善丝绵的服用性能，从丝绵生产加工技术的优点和缺点中发现，有必要研究和推广一些高新技术改进制绵工艺，从原料到加工过程都要满足国家标准。今后的研究方向可以从以下几方面考虑：一是积极开发多种方法(如酶精练方法、等离子体技术等)结合的制绵工艺技术，以便用此技术规模化开发生产削口丝绵、双宫丝绵、上茧丝绵等优质蚕丝绵；二是由于国家标准中无丝绵含胶率的考核指标，目前也无有效的检验方法，因此具体脱多少会对丝绵的加工和品质带来影响，也没有一定的参数标准，因此要开发一种丝绵含胶率的检测技术，既要符合国家的检测标准，又要符合企业制绵工艺中丝绵含胶率的测定要求；三是由于现行制绵工艺的局限性，丝绵使用一段时间后，由于脱胶不完全，导致丝胶变性粘连，使得丝绵的弹性和蓬松性难以恢复到原来的状态，进而影响丝绵的服用性能。因此，今后不管是湿法(打绵机打绵或手工剥绵)还是干法制绵，有必要开发生态全脱胶制绵工艺；四是在保留和提高丝绵服用性能的同时，还要开发一些具有高附加值的新型功能性整理，并且运用已有成果的先进技术，规模化开发生产负离子保健蚕丝被、耐久芳香蚕丝被、具有免翻拆功能的“可全幅打开型”蚕丝被等功能性蚕丝被产品，给企业带来商机和经济效益。

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Researchprogressofthemulberrysilkproductionandprocessingtechnology

LINHaitao1,ZHAOShuqiang1,LINGXinlong1,QINChaoxi2
(1. College of Biological and Chemical Engineering,Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China; 2. Guangxi Luzhai County Guisheng Cocoon Silk Industry and Trade Co., Ltd., Luzhai 545600, China)

The mulberry silk which is used as a filler of silk floss quilt is deeply favored by the market and consumers because of the characteristics as softness, moisture absorption, comfort, not tickling, warmth retention property and good elasticity. The silk floss quilt which is made of the mulberry silk is not only good for human skin and cardiovascular health, but also an important traditional Chinese silk products for export. However, residual impurities such as sericin and grease need to be removed in the process of making silk floss with mulberry silk as raw materials so as to facilitate the silk floss finishing process. According to some research results of silk production and processing technology in recent years, the research progress of floss silk production technology and functional finishing are briefly summarized. Besides, the influence of different processing technologies on silk processing effect and the existing problems in the process of making floss silk are analyzed. Finally, some new improved technologies of silk production and the development of new functional finishing with high added value are pointed out.

the mulberry silk; processing technology; silk production; improved technology; functional finishing

TS143.2

A

1001-7003(2017)10-0012-06 < class="emphasis_bold">引用页码

页码: 101103

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.10.003

2017-03-02;

2017-09-01

广西科学研究与技术开发计划项目(桂科AA16380045)；柳州市应用技术研究与开发计划项目(2011E010101)