丝胶蛋白水解溶液整理涤纶织物的染色性能

卢 声，孟 辉，程德红，林 杰，路艳华

（辽东学院化学工程学院，辽宁省功能纺织材料重点实验室，辽宁丹东 118000）

蚕丝由丝胶蛋白和丝素蛋白组成，丝胶蛋白在蚕丝的外层，由胶原蛋白构成，占总质量的20%～30%。丝胶蛋白分子质量高，空间结构以无规则卷曲为主，并含有β-折叠，无α-螺旋结构，空间结构松散、无序，故丝胶蛋白易溶于热水、稀酸和稀碱，且易被酶分解。丝胶蛋白链上含有许多侧链较长的氨基酸，如精氨酸、赖氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸等，和较多处于多肽链表面的极性亲水基团，如—OH、—COOH、—NH2、—NH—等，这些结构赋予丝胶蛋白优异的调湿和保湿作用。丝胶蛋白水解物是指丝胶蛋白的酶水解产物，主要是蛋白质多肽和氨基酸，故丝胶蛋白水解物含有比丝胶更丰富的—NH2和—COOH等极性基团，赋予丝胶蛋白水解物更优越的反应性和吸水保湿性。

涤纶纤维结构中含有较少的极性亲水基团，是一种疏水性纤维，其吸放湿性能较差，故涤纶纤维穿着舒适性远不如天然纤维。用丝胶蛋白水解溶液整理涤纶织物，将丝胶蛋白水解物引入涤纶织物，赋予涤纶织物—NH2和—COOH 等基团，有利于水分子的吸附和扩散，提高纤维或织物的吸湿性和抗静电性[1-3]。但除酸性染料外，其他染料对整理涤纶织物染色性能的影响还鲜见研究[4]。

本实验用蛋白酶水解丝胶获得丝胶蛋白水解溶液整理涤纶织物；研究整理涤纶织物的染色性能。

1 实验

1.1 材料和仪器

织物：涤纶，经纱33.93 tex，纬纱35.45 tex，经密220根，纬密220根，单位面积质量180 g/m2。药品：阳离子桃红（永大化学试剂有限公司），丝胶（澳特斯生物化工有限公司），季戊四醇、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、1227表面活性剂（上海蓝季生物有限公司）。

仪器：XW-ZDR-25型低噪振荡染样机（靖江市新旺染整设备厂），YB571B型色牢度摩擦仪、SW-12A型耐洗色牢度试验机（温州大荣纺织仪器公司），X-rite Color-Eye 7000A颜色特征值测定仪（美国爱色丽有限公司）。

1.2 丝胶蛋白水解溶液的制备

丝胶水溶液在100 ℃水浴处理1 h，冷却。0.005 kg/L 胰蛋白酶于 37 ℃水解 30 min，再以 0.005 kg/L 木瓜蛋白酶于40 ℃水解30 min，沸水浴5 min终止反应，离心取上清液，得到丝胶蛋白水解溶液。

1.3 涤纶织物的整理

碱减量预处理：浴比1∶100，温度100 ℃，涤纶织物浸入含有4 g/L NaOH和3 g/L 1227表面活性剂的处理液中，处理20 min。

将涤纶织物浸渍在含有季戊四醇和丝胶或丝胶蛋白水解溶液的整理液中，浸渍时间2 h，取出轧干（轧余率100%），水洗，晾干。

1.4 涤纶织物的染色

阳离子桃红染液1%（omf），浴比1∶100，75 ℃始染；1 ℃/min升温至85 ℃，保温15 min；0.5 ℃/min升温至95 ℃，保温20 min；后以0.25 ℃/min升温至100 ℃，沸染 50 min；30 min 内缓慢降至 50 ℃，取出布样，水洗，晾干。

1.5 测试

为了研究酶对丝胶的水解，利用甲醛法测定水解溶液中氨基酸的质量分数。甲醛能迅速与氨基酸的氨基结合为羟甲基化合物，使—NH3+释放H+，溶液的酸度增加，用氢氧化钠标准溶液滴定，可以测定溶液中氨基酸的质量分数，确定丝胶蛋白的水解率。水解率的计算公式如下：

式中，V2表示滴定液消耗体积；V1表示空白对照组滴定液消耗体积；V0表示丝胶蛋白水解物的体积（10 mL）；m为丝胶粉的质量（0.6 g）；cNaOH为氢氧化钠标准溶液的浓度（0.05 mol/L）。

假说1： 本国货币升值降低企业的边际成本和加成率，从而降低了企业产品的出口价格。汇率变动对出口价格的影响主要来自于对边际成本的影响，而对加成率的影响较小。

增重率：分别称取丝胶整理前后织物的质量m1和m2，计算增重率，计算公式如下：

颜色指标值：利用颜色特征值测定仪测定染色织物的K/S值。

耐摩擦色牢度：将织物平铺在测试仪上，用5 cm×5 cm的棉布包裹摩擦头，转动摇杆10圈，用灰色样卡比对，测其掉色和沾色值，记录摩擦40 次的实验数据，判定其耐摩擦色牢度。

耐皂洗色牢度：缝制贴样，配制5 g/L皂洗液，将缝制好贴样的待测织物放入皂洗机中，浴比为1∶50，温度为40 ℃，皂洗30 min。用灰色样卡比对，测其掉色和沾色值，记录实验数据，判定其耐皂洗色牢度。

2 结果与讨论

2.1 酶对丝胶的水解

丝胶蛋白的水解率高，说明溶液中氨基酸的质量分数高，溶液中氨基酸和丝胶肽水解物的质量分数也高。实验采用胰蛋白酶和木瓜蛋白酶对丝胶进行水解，水解率如表1所示。

表1 丝胶溶液的水解率

由表1 可知，随着木瓜蛋白酶和胰蛋白酶用量的增加，丝胶水解率逐步增大；当蛋白酶的质量均增加到0.5 g 时，继续增加蛋白酶的质量，丝胶水解率增加量明显减小。本实验选用0.5 g木瓜蛋白酶和0.5 g胰蛋白酶对丝胶水溶液进行水解，水解上清液作为实验用丝胶蛋白水解溶液。

2.2 丝胶蛋白水解溶液对织物的整理工艺

为确定丝胶蛋白水解物整理织物的最佳工艺条件，研究了丝胶蛋白质量、整理时间、季戊四醇用量对整理效果的影响。

2.2.1 丝胶质量

将2 g涤纶织物浸渍于200 mL不同丝胶质量的水解溶液中，对涤纶织物进行整理，研究丝胶质量和织物增重率的关系。由表2 可知，随着丝胶质量从10 g增加到20 g，织物增重率从7.1%增加到9.8%；当丝胶质量为30 g 时，织物增重率反而降低，这可能是由于在相同的蛋白酶用量条件下，丝胶的质量过高，酶与丝胶的接触概率较少，而当丝胶质量过大时，又会导致丝胶分散不均匀，从而影响酶的催化效率及产物分子的扩散，导致丝胶的增重率降低[5]。故本实验选用20 g 丝胶配制200 mL 溶液，加入酶水解，作为丝胶蛋白水解溶液。

表2 丝胶质量与织物增重率的关系

2.2.2 整理时间和季戊四醇用量

由图1可知，随着整理时间的延长，织物增重率逐渐增加；从2 h增加到4 h时，织物增重率增幅变小；从4 h增加到5 h时，织物增重率在不同的季戊四醇用量条件下均大幅增加；继续延长整理时间到6 h时，织物增重率几乎没有增加，所以本实验整理时间选择5 h。

图1 不同整理时间下季戊四醇用量和织物增重率的关系

季戊四醇的使用可以明显提高整理织物的增重率。由图1 还可知，在整理时间为2、3 和 4 h 时，随着季戊四醇用量的增加，织物增重率也逐渐增大；在整理时间为5 h 时，当季戊四醇的用量从1 g 增加到3 g时，织物增重率从5.5%增加到8%，增加幅度较大，当季戊四醇的用量从3 g增加到5 g时，织物增重率缓慢增加，而从5 g 增加到6 g 时，增重率反而降低。本实验选用季戊四醇用量3 g，整理时间5 h。

2.3 整理织物的染色性能

为了研究丝胶及其水解溶液对织物染色性能的影响，用阳离子桃红染料对整理织物进行染色，染色织物的K/S值如表3所示。由表3可知，阳离子桃红染色涤纶织物的K/S值为0.176，染色织物几乎没有上色，颜色很浅，在涤纶织物上的上染率不高；经洗涤10次后，染色织物的K/S值为0.127，说明阳离子桃红染料色牢度也不好。丝胶及其水解溶液整理能明显提高染色涤纶织物的K/S值，丝胶水解溶液整理织物的K/S值（0.265）要高于丝胶整理织物（0.239）；且季戊四醇在提高整理织物增重率的同时，也明显增加了染色织物的K/S值。这说明丝胶水解氨基酸和小分子多肽能明显提高织物的染料附着量，且在织物上的量越多，染料的附着量也越多，染色织物的K/S值也越高。这是由于涤纶分子间排列紧密，结晶度和取向度高，亲水性差，不含染色基团，染料分子难以进入涤纶内部，不能用阳离子染料染色。用丝胶及其水解生成的氨基酸和多肽整理涤纶织物，可将—OH、—COOH、—NH2、—NH—等基团引入涤纶分子，赋予织物与阳离子染料良好的亲和力，从而改善染色性能。根据洗涤10 次后染色织物的K/S值可知，经丝胶及其水解溶液整理的染色织物具有良好的染色牢度。

表3 不同整理织物的颜色特征值

2.4 染色牢度

如表4 所示，丝胶及其水解液整理涤纶织物具有良好的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度。

表4 染色织物的色牢度

3 结论

（1）利用木瓜蛋白酶和胰蛋白酶对丝胶进行水解，丝胶蛋白的水解率达到27%。

（2）用丝胶蛋白水解溶液对涤纶织物进行整理，在丝胶水解溶液0.1 kg/L、季戊四醇0.015 kg/L、整理时间5 h时，织物的增重率可达17.5%。

（3）用丝胶蛋白水解溶液对涤纶织物进行浸轧整理，可赋予整理织物良好的阳离子染料染色性能、色牢度。