β-环糊精接枝棉织物的研究

（邢台职业技术学院服装工程系，河北邢台 054000）

随着生活水平的不断提高，人们对纺织品的要求不再局限于穿着舒适美观，对附加功能提出了更多要求。日常生活中会碰到令人不适的气味，如汗臭味、体臭味、油烟味等，不仅难闻，还可能危害人体健康，这促进了防臭型功能织物的发展［1-2］。β-环糊精具有疏水空腔结构，不仅可以缓慢释放包合在内部的芳香物质掩盖臭味，还可以通过空腔包合臭气分子，达到除臭效果［3-4］。目前β-环糊精接枝棉织物的研究集中在消臭性能方面，而对染色棉织物颜色参数影响的研究较少［5-6］。本实验以丁烷四羧酸（BTCA）为交联剂，次亚磷酸钠为催化剂制备β-环糊精接枝棉织物，以接枝率为指标优化β-环糊精接枝工艺，测定接枝棉织物的吸氨性能，并研究接枝对活性染料染色棉织物颜色参数的影响。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：纯棉漂白机织物，β-环糊精（天津市大茂化学试剂厂），BTCA（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司），次亚磷酸钠（分析纯，天津市福晨化学试剂厂），酚酞、氨水、无水乙醇、硫酸、氯化铵、酒石酸钾钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），纳氏试剂、水（实验室自制）。

仪器：HG-TC200B 染色机（广州鸿靖实验设备有限公司），PBI 型横式轧染机（厦门瑞比精密机械有限公司），Speclmm GX 型红外光谱仪（美国PE 公司），YB571-Ⅱ型染色牢度摩擦仪（常州市中纤检测仪器设备有限公司），Datacolor 650 测色配色仪（美国XRite 公司），YG461E 型织物透气量测试仪（宁波大禾仪器有限公司），LFY-201D 型织物强力机（山东省纺织科学研究院）。

1.2 β-环糊精接枝工艺

二浸二轧（β-环糊精0～60 g/L，BTCA 0～60 g/L，次亚磷酸钠0～30 g/L，带液率约80%）→预烘（70 ℃，3 min）→焙烘（140～190 ℃，1～6 min）→热水洗（65 ℃，5 min，2次）→冷水洗→烘干。

1.3 活性染料染色工艺

将棉织物放入2%的活性染料（活性红M-3BF、活性黄3RS、活性蓝KN-B）溶液中，浴比1∶30，60 ℃保温15 min 后加入40 g/L NaCl，继续保温15 min，然后升温至90 ℃，加入15 g/L 纯碱，保温30 min，取出棉织物，经过冷水洗、热水洗、皂煮、水洗、烘干，得到活性染料染色棉织物。

1.4 测试

接枝率：准确称取0.5 g β-环糊精接枝棉织物，室温下在50 mL 0.1 mol/L 的NaOH 溶液中浸泡48 h后取出，取10 mL 浸泡液用盐酸中和，然后取2 mL 中和液、2.5 mL 酚酞标准溶液和5 mL 缓冲溶液于25 mL容量瓶中，稀释至标准刻度并静置30 min，测试稀释液在553 nm 处的吸光度，带入标准曲线方程计算棉织物上β-环糊精的质量。接枝率=β-环糊精质量/β-环糊精接枝棉织物质量×100%。

消氨臭性：参考GB/T 14668—1993《空气质量氨的测定纳氏试剂比色法》测试。

颜色参数：利用测色配色仪测定K/S值、明度L、彩度H、艳度C和色差ΔE。

色牢度：参考GB/T 3920—2008《纺织品色牢度测试耐摩擦色牢度》、GB/T 251—2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》、GB/T 250—2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》、GB/T 8424.1—2001《纺织品色牢度试验表面颜色的测定通则》进行测试。

手感：采用手触摸法测定，未整理棉织物定为1级，最佳手感为5级，多次测量取平均值。

断裂强力：参考GB/T 3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》测试。

白度：参考GB/T 8425—1987《纺织品白度的仪器评定方法》测试。

透气性：参考GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》测试。

2 结果与讨论

2.1 β-环糊精接枝工艺优化

2.1.1 β-环糊精用量

由图1 可以看出，当β-环糊精用量小于40 g/L时，随着用量增加，接枝率明显增大，这是由于参与交联反应的β-环糊精分子持续增加，与BTCA 中羧基反应生成的酯键增加，接枝率明显增大；当用量大于40 g/L 时，进一步增加用量，接枝率增幅变小，这是由于BTCA 与β-环糊精的交联达到饱和［7］。综合考虑，β-环糊精用量设置为40 g/L。

图1 β-环糊精用量对接枝率的影响

2.1.2 BTCA 用量

由图2 可知，随着BTCA 用量增加，接枝率明显增大，这是由于BTCA 含有4 个羧基，BTCA 用量越大，与棉织物纤维和β-环糊精上的羟基发生酯化反应的概率越大，接枝率也越大；当用量大于50 g/L 时，接枝率趋于稳定。本实验BTCA 用量设置为50 g/L。

图2 BTCA 用量对接枝率的影响

2.1.3 催化剂用量

由图3 可知，随着次亚磷酸钠用量增加，接枝率先增大后减小，这是由于次亚磷酸钠可催化BTCA 生成酐，促进交联反应。次亚磷酸钠用量越多，交联反应越充分，接枝率越大；当用量过高时，焙烘释放的碱性物质中和多元羧酸，使参与反应的BTCA 减少，接枝率减小。本实验次亚磷酸钠用量设置为20 g/L。

图3 催化剂用量对接枝率的影响

2.1.4 焙烘温度

焙烘温度对接枝率的影响见图4。

图4 焙烘温度对接枝率的影响

由图4 可知，接枝率随着焙烘温度升高而增大，170 ℃后趋于稳定。这是由于温度较低时，BTCA 更容易与棉织物纤维发生反应，β-环糊精未与BTCA 交联而直接渗透到棉织物纤维中，与棉织物纤维的结合力较弱；温度升高时，BTCA 上相邻羧基脱水形成酸酐，并与棉织物纤维及β-环糊精上的羟基反应，增大了与β-环糊精的结合力；当温度过高时，BTCA 使棉织物纤维剧烈水解，β-环糊精与棉织物的结合力减弱，另外，过高的焙烘温度也会使棉织物的机械性能下降。本实验焙烘温度设置为170 ℃。

2.1.5 焙烘时间

由图5 可看出，接枝率随焙烘时间延长而增大，4 min 后趋于稳定。因为随着焙烘时间的延长，BTCA上相邻羧基脱水形成酸酐，并与棉织物纤维及β-环糊精上的羟基反应，但过长的焙烘时间使棉织物纤维的机械强度下降。本实验焙烘时间设置为4 min。

图5 焙烘时间对接枝率的影响

2.2 染色效果

由表1 可以看出，活性黄3RS 染色棉织物经接枝后ΔE最大，活性蓝KN-B 染色棉织物经接枝后ΔE最小。接枝后染色棉织物的K/S值均小于接枝前，这是由于呈酸性的BTCA 使染色棉织物上的部分染料水解，棉织物颜色变浅。

表1 活性染料染色棉织物经β-环糊精接枝前后的颜色参数

2.3 FT-IR

由图6 可知，未接枝棉织物在3 400 cm-1处的宽峰对应O—H 的伸缩振动，2 900 cm-1处的特征峰对应C—H 的伸缩振动，1 400 cm-1处的特征峰对应C—H的摇摆振动，1 360 cm-1处的特征峰对应C—H 的弯曲振动，1 650 cm-1处的特征峰对应C=O 的伸缩振动，1 250 cm-1处的特征峰对应C—O 的伸缩振动［8］。β-环糊精接枝棉织物的FT-IR 光谱和未接枝棉织物类似，这是由于棉织物纤维和β-环糊精结构类似。相比未接枝棉织物，β-环糊精接枝棉织物在1 600～1 730 cm-1处的特征峰增加，主要是由于BTCA 中的羧基和棉织物纤维中的羟基反应形成酯基［9］。

图6 未接枝棉织物(a)和β-环糊精接枝棉织物(b)的FT-IR 谱

2.4 吸氨消臭

与未接枝棉织物相比，β-环糊精接枝棉织物的氨气吸附量明显增加，吸氨量为49.77 μg/g。这是由于接枝到棉织物上的β-环糊精具有空腔结构，氨气分子体积较小，单个或多个氨气分子很容易被β-环糊精的空腔吸附，增加棉织物对氨气的包合能力；另外，氨气分子与β-环糊精还存在分子间相互作用，从而达到吸氨消臭效果。

2.5 色牢度

由表2 可以看出，在β-环糊精接枝前后，活性红M-3BF、活性黄3RS、活性蓝KN-B 染色棉织物的耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度（沾色牢度以及褪色牢度）都基本不变，表明β-环糊精接枝对染色棉织物的色牢度影响不大。

表2 活性染料染色棉织物经β-环糊精接枝前后的色牢度

2.6 其他性能

由表3 可以看出，β-环糊精接枝后，棉织物的手感由1 级升为5 级，白度几乎没有变化，经向和纬向断裂强力分别由776、528 N 降为732、487 N，透气性由176 mm/s降为128 mm/s。

表3 β-环糊精接枝前后棉织物的其他性能

3 结论

β-环糊精接枝棉织物优化工艺：β-环糊精40 g/L，BTCA 50 g/L，次亚磷酸钠20 g/L，170 ℃焙烘4 min。接枝棉织物的吸氨量为49.77 μg/g，远高于纯棉织物，接枝棉织物活性染料染色后的K/S值下降，染色牢度基本不变。