壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶对粘胶织物的整理

黄 伟,贺晓亚

(江西服装学院，江西 南昌 330201)

多糖分子结构的壳聚糖具有良好的生物降解性、再生性、生物相容性，且无毒、对环境友好，被广泛应用于日化、食品与医药行业等。多肽分子结构胶原蛋白具有良好的抑制血压、抗氧化活性，亲水等特点[1-3]。研究发现，壳聚糖中含有的羟基、氨基等与胶原蛋白中两性基团可形成较强的分子间静电作用力，将二者制备成复合材料，发现壳聚糖/胶原蛋白复合膜对皮肤无致敏，对皮内无刺激，具有优异的生物相容性[4-5]。但壳聚糖与胶原蛋白均存在强度低的加工缺陷，使其复合材料的应用必须依附在一定的基体材料上。服用粘胶纤维具有良好的吸湿透气性能、染色性能、手感与皮肤亲和性，同时来源丰富、成本低廉，深受消费者喜爱，拥有广阔的市场前景[6-8]。本文将壳聚糖与胶原蛋白制备成溶胶对粘胶织物进行改性，并测试改性前后织物性能变化，为功能性粘胶织物开发提供借鉴。

1 实验部分

1.1 实验材料

粘胶织物(经纬纱线密度均为18.2 tex；织物密度为：经向420根/(10 cm)，纬向320根/(10 cm))；胶原蛋白(山东青州隆贝生物科技有限公司，相对分子质量为600～2 000，生物试剂)、壳聚糖(国药集团化学试剂有限公司，生物试剂)、醋酸(国药集团化学试剂有限公司，分析纯)。

1.2 实验仪器

WHTH-80 L-0-OYO智能型恒温恒湿箱(东莞市伟煌试验设备有限公司)、101-1 A鼓风烘箱(上海雷韵试验仪器制造有限公司)、FR124CN奥豪斯天平(奥豪斯仪器(上海)有限公司)、INSTRON5 590万能材料试验机(美国英斯特朗公司)、Hydramotion黏度计(英国海默生有限公司)、TGA Q500热失重分析仪(美国TA公司)、KQ-600VDE双频数控超声波清洗器(昆山舒美超声仪器有限公司)、8240扫描电子显微镜(日立高新技术公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶的配置

采用参考文献[1]中壳聚糖与胶原蛋白共混的比例，制备壳聚糖/胶原蛋白溶胶，具体工艺为：将壳聚糖与胶原蛋白均配置成质量分数为1.5%的溶液，其中壳聚糖溶液中含有质量分数为1%的醋酸溶液；按照溶液体积比，将壳聚糖与胶原蛋白分别配置成0∶100、10∶90、30∶70、50∶50、70∶30、90∶10、100∶0的溶胶。利用超声波对上述混合均匀的壳聚糖与胶原蛋白复合溶胶超声脱气20 min后待用。

1.3.2 壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶黏度测试

室温下，利用Hydramotion黏度计测试不同比例壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶的黏度，测试5次，计算黏度的平均值。

1.3.3 织物试样处理

根据测试计算出的壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶黏度，筛选合适的复合溶胶黏度进而确定壳聚糖与胶原蛋白复合的最佳体积比；将粘胶织物沸水退浆后在105 ℃的烘箱中烘干至恒质量后称量，记为m；称量后的织物室温投置于所筛选的壳聚糖/胶原蛋白溶胶(壳聚糖与胶原蛋白复合体积比例分别为：50∶50、60∶40、70∶30)中静置30 min后取出，在35 ℃的烘箱中干燥至恒质量后再次称量，记为m′。

1.3.4 微观形貌观察

利用8240扫描电子显微镜对壳聚糖/胶原蛋白体积60∶40溶胶整理后的粘胶织物进行微观形貌观察。

1.3.5 增重率测试

利用下式计算上述不同比例壳聚糖/胶原蛋白溶胶(壳聚糖与胶原蛋白复合体积比例分别为：50∶50、60∶40、70∶30)对粘胶织物整理后织物的增重率，测试5次,计算增重率的平均值。

式中：W为壳聚糖/胶原蛋白溶胶对粘胶织物整理后织物增重率，%；m为壳聚糖/胶原蛋白溶胶对粘胶织物整理前织物质量，g；m′为壳聚糖/胶原蛋白溶胶对粘胶织物整理后织物质量，g。

1.3.6 力学性能测试

聚糖/胶原蛋白溶胶(壳聚糖与胶原蛋白复合体积比例分别为：50∶50、60∶40、70∶30)整理后的粘胶织物与未经整理的粘胶织物干燥后，在20 ℃，相对湿度65%的恒温恒湿试验箱中调湿24 h，调湿后沿织物经向裁剪成长200 mm，宽50 mm的矩形布条试样；利用INSTRON5 590万能材料试验机在CRE拉伸方式下对织物经纱方向的断裂强力与断裂伸长率进行测试，仪器测试设置：试样夹持长度100 mm，拉伸速度20 mm/min，测试30组计算30组断裂强力与断裂伸长率的平均值。

1.3.7 热学性能测试

将壳聚糖/胶原蛋白溶胶(壳聚糖与胶原蛋白复合体积比例为60∶40)对粘胶织物整理后的粘胶织物与未经整理的粘胶织物剪碎成末后，在氮气氛围条件下，利用TGA Q500热失重分析仪在20 ℃/min的升温速率下对试样进行热失重性能分析。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶黏度分析

复合溶胶黏度随壳聚糖含量变化曲线见图1。可以看出,复合溶胶的黏度随壳聚糖含量的增加不断增加，这主要是2方面原因引起的：一是由于壳聚糖溶液自身黏度较胶原蛋白高，随着壳聚糖含量的增加，胶原蛋白的含量减少，溶胶的黏度逐渐提高；二是壳聚糖中含有的羟基、氨基等与胶原蛋白中两性基团可形成较强的分子间静电作用力，二者相混后进一步提高了复合溶胶的黏度。观察壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶10 h，发现复合溶胶并未出现明显的分层现象，验证了壳聚糖与胶原蛋白具有良好的相容性。同时，复合溶胶黏度过高，不利于浸渍过程溶胶在粘胶织物表面的分散与渗透；黏度过低，溶胶吸附较差，且壳聚糖含量较少，达不到材料复合的效果；结合黏度测试结果，认为对粘胶织物功能整理所用壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶中壳聚糖体积比应控制在50%～70%为宜。

图1 复合溶胶黏度随壳聚糖含量变化曲线

2.2 微观形貌观察分析

壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶对粘胶织物整理扫描电镜图见图2。可以看出，在放大10 000倍条件下，复合溶胶能够很均匀的分布在织物的表面，进一步验证了壳聚糖与胶原蛋白之间良好的相容性与复合溶胶对粘胶织物整理的可行性。

2.3 增重率分析

粘胶织物增重率随复合溶胶中壳聚糖含量变化情况见图3。

从图3可以看出,粘胶织物增重率随复合溶胶中壳聚糖含量增加而增加，这是由于2方面的原因引起的：一是壳聚糖的相对分子量高于胶原蛋白，因此随着壳聚糖含量的增加，复合溶胶的相对分子质量增加致使粘胶织物整理后增重率增加[9]；二是复合溶胶黏度的增加，提高了溶胶在粘胶织物表面的黏附量。基于壳聚糖与胶原蛋白的结构分析可知，在相同质量条件下壳聚糖中所含有的羟基、氨基等亲水基团的数目高于胶原蛋白，由此可知,随着壳聚糖含量的增加，溶胶的吸湿性能也在一定程度上得到提升。

2.4 力学性能分析

粘胶织物力学性能随复合溶胶中壳聚糖含量变化曲线见图4。

图4 粘胶织物力学性能随复合溶胶中壳聚糖 含量变化曲线

从图4可以看出,粘胶织物的断裂强力随着壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶中壳聚糖含量的增加而提高，当壳聚糖与胶原蛋白的体积比达到60∶40峰值后下降；断裂伸长率则是随着壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶中壳聚糖含量的增加而降低，当壳聚糖与胶原蛋白的体积比达到60∶40谷值后上升。织物力学性能的改善是由于壳聚糖中含有的羟基、氨基等与胶原蛋白中两性基团可形成较强的分子间静电作用力，在织物表面形成一层稳定的复合溶胶膜，膜产生了一定的力学性能；另一方面是壳聚糖、胶原蛋白中的氨基、羟基等官能基团与粘胶纤维中的羟基、羧基等官能团结合，提高了力学性能，同时由于复合溶胶的作用固定作用导致织物断裂伸长率下降[10]。断裂强力与断裂伸长率过了峰值与谷值后往相反趋势变化是由于复合溶胶中壳聚糖含量过高，壳聚糖中含有的羟基、氨基等超过胶原蛋白中与之相应的两性基团，分子间静电作用力减弱，致使织物力学性能下降。由实验可推知，对粘胶织物，壳聚糖与胶原蛋白体积复合比例60∶40为佳。

2.5 热学性能分析

粘胶织物整理前后热失重质量残存率曲线见图5。可以看出,在相同温度条件下，未经壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶对粘胶织物的质量残存率高于整理后的粘胶织物，且其变化趋势大致相同。这是由于复合溶胶中的壳聚糖分子结构也属于纤维素晶型结构，且胶原蛋白在300 ℃后分子结构发生结构裂解，质量急剧下降。结合胶原蛋白变性40～41 ℃温度可知，壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶整理的粘胶织物在服用的过程中应注意避免高温穿着与高温水洗。

图5 粘胶织物整理前后热失重质量残存率曲线

3 结束语

基于壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶对粘胶织物的功能整理可知，壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶具有良好的相容性，其黏度随着壳聚糖含量的增加而增加；当壳聚糖与胶原蛋白混合体积比60∶40时，溶胶对粘胶织物的功能整理一定程度上改善了织物的力学性能，且整理后织物表面光滑平整，但整理后织物热学性能有所下降，实验验证了壳聚糖/胶原蛋白复合溶胶对粘胶织物功能整理的可行性。