摘要:為賦予傳統(tǒng)棉織物多功能性，采用高碘酸鈉對棉織物進(jìn)行選擇性氧化，以制備含雙醛基的氧化棉織物，再將氧化棉織物浸于酪素溶液中以化學(xué)交聯(lián)的形式構(gòu)筑棉-酪素復(fù)合織物。測試了整理前后棉織物的強(qiáng)力和透氣性變化，借助紅外光譜、紫外線透射、掃描電子顯微鏡觀察等方式對原棉織物、氧化棉織物和棉-酪素復(fù)合織物進(jìn)行測試與分析。結(jié)果表明:經(jīng)高碘酸鈉選擇性氧化后，棉織物中產(chǎn)生了新的活性官能團(tuán)醛基，再與酪素以交聯(lián)反應(yīng)的形式制備出性能穩(wěn)定的棉-酪素復(fù)合織物，相較于原棉織物，棉-酪素復(fù)合織物的力學(xué)性能略有下降，但透氣性和防紫外線透射性能明顯提高。

　　關(guān)鍵詞:棉織物;改性;高碘酸鈉;酪素

　　Abstract: In order to endow traditional cotton fabric with versatility, sodium periodate is used to selectively oxidize cotton fabric to prepare dialdehyde-hased oxidized cotton fabric. Then the oxidized cotton fabric is immersed in casein solution to construct cotton-casein composite fabric in the form of chemical crosslinking. The strength and permeability of cotton fabric before and after finishing are tested and analyzed by infrared spectrum, ultraviolet transmission and scanning electron microscope. The results show that after selective oxidation of sodium iodate, a new active functional group aldehyde group is produced in cotton fabric and then crosslinked with casein. Compared with the original cotton fabric, the mechanical properties of cotton-easein composite fabric is slightly decreased, but the permeability and UV transmission resistance are obviously improved.

　　Key words: cotton fabric; modification; sodium periodate; casein

　　棉織物具有吸濕性佳[1]，穿著舒適[2]，柔軟透氣，易于改性整理以及綠色環(huán)保[3]，可循環(huán)再利用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紡織服裝行業(yè)。棉的主要成分是纖維素[4]，纖維素是由 D-吡喃型的葡萄糖環(huán)以 β-1，4 苷 鍵連接而成的線型高分子，其含有 3 個(gè)易與其他高分 子材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)( 如交聯(lián)[5]、氧化[6]和醚化[7]等) 的羥基。因此，對纖維素的改性研究主要集中在通過對其活性強(qiáng)的羥基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而彌補(bǔ)傳統(tǒng)棉織物的缺點(diǎn)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。目前制備的氧化棉織物大多選用高碘酸鈉[8]為氧化劑，對其所含的纖維素進(jìn) 行選擇性氧化以制備含有二醛基[9]的氧化棉織物。

　　酪素也稱酪蛋白[10]，是一種從奶液中提取的特殊天然蛋白質(zhì)材料，其具有優(yōu)異的生物相容性，可與其他材料形成較強(qiáng)的黏附狀態(tài)，并具有可自然降解等特點(diǎn)，故可借助后整理將酪素應(yīng)用于織物表面以獲得多功能性棉織物。本文先對棉織物進(jìn)行高碘酸鈉氧化處理，獲得含雙醛基的氧化棉織物，再使用酪素進(jìn)行改性后整理，從而將酪素中的蛋白質(zhì)成分與氧化棉織物以化學(xué)交聯(lián)的方式牢固結(jié)合，制備出多功能且性能穩(wěn)定的酪素改性氧化棉織物。

　　1試驗(yàn)部分

　　1.1 試驗(yàn)材料與儀器

　　純棉平紋織物，經(jīng)緯紗線密度均為18.45 tex，經(jīng)緯密均為268根/10 cm，面密度為110 g/m";酪素由上海麥克林生化科技有限公司提供;去離子水由實(shí)驗(yàn)室自行制備;氫氧化鈉(NaOH)、高碘酸鈉(Nal0，)、無水乙醇(CH，CH，OH)均為AR級(jí)，由天津市大茂化學(xué)試劑廠提供。

　　本文所使用的主要儀器為：JF1204型電子天平，余姚市金諾天平儀器有限公司產(chǎn)：MYP11-2型磁力攪拌器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司產(chǎn);Nico-let5700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國尼高力公司產(chǎn)：SNE3000NB型場發(fā)射掃描電鏡，美國SEC公司產(chǎn);YG065 N型電子織物強(qiáng)力測試儀，山東萊州市電子儀器有限公司產(chǎn);YG461E型數(shù)字式透氣量儀，寧波紡織儀器廠產(chǎn);YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀，溫州大榮紡織儀器有限公司產(chǎn)。

　　1.2制備方法

　　1.2.1 氧化棉織物的制備

　　稱取一定質(zhì)量的棉織物，浸于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高碘酸鈉溶液中，采用避光的方式進(jìn)行試驗(yàn)。為保證高碘酸鈉溶液分散均勻，對其進(jìn)行持續(xù)攪拌。反應(yīng)時(shí)間設(shè)置為30 min，采用無水乙醇和去離子水反復(fù)沖洗反應(yīng)獲得的氧化棉織物以除去未反應(yīng)的高碘酸鈉，并將整理后的氧化棉織物進(jìn)行干燥處理并封袋保存。

　　1.2.2 復(fù)合改性棉織物的制備稱取5 g NaOH和10g酪素，分散在85 ml的去離子水中，在常溫條件下攪拌2h，以制備出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的酪素溶液。將制備的氧化棉織物浸于酪素溶液中，在30 ℃條件下攪拌反應(yīng)一段時(shí)間并烘干，經(jīng)去離子水充分沖洗并進(jìn)行二次烘干，得到酪素改性氧化棉織物，裝袋保存。

　　1.3 測試方法

　　1.3.1 棉織物力學(xué)性能測試依據(jù)GB/T 3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》要求，采用電子織物強(qiáng)力測試儀進(jìn)行棉織物的力學(xué)性能測試。儀器的預(yù)加張力設(shè)置為2 N，拉伸速度為100 mm/min，織物規(guī)格參數(shù)為5 cmx20 cm.

　　1.3.2 棉織物透氣性測試

　　參照GB/T 5453-1997紡織品織物透氣性的測定》，使用YG461E型數(shù)字式透氣量儀進(jìn)行透氣性能測試。測試試樣的有效面積為20cm2，壓降為100 Pa，每個(gè)試樣重復(fù)測試5次，結(jié)果取平均值。

　　1.3.3棉織物化學(xué)結(jié)構(gòu)測試

　　使用棉織物、氧化棉織物和酪素改性氧化棉織物制備測試樣品，并將測試樣品放置于傅里葉紅外光譜儀中進(jìn)行測試。將紅外測試儀的測試波段區(qū)間調(diào)整到4 000-500 cm"，根據(jù)測試獲得吸收峰的波長確定試樣中的化學(xué)組分以及分析整理前后棉織物的化學(xué)成分變化情況。

　　1.3.4 棉織物形貌測試

　　采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察整理前后棉織物的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，以分析棉織物整理前后的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。對需要測試的棉織物試樣進(jìn)行噴金處理，以提升其導(dǎo)電性能，便于觀察其微觀形貌。

　　1.3.5 棉織物防紫外線性能測試

　　依據(jù) GB /T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評(píng)定》要求，采用紡織品防紫外線性能測試儀進(jìn)行相關(guān)棉織物的防紫外線性能測試。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 棉織物與酪素的反應(yīng)機(jī)理

　　棉織物與 NaIO4 以及酪素反應(yīng)機(jī)理示意圖見圖 1。

　　通過圖 1 可知，利用 NaIO4 的選擇性氧化反應(yīng)特性，棉織物可被選擇性氧化。通過將構(gòu)成棉織物的葡萄糖環(huán)打開，并在 C2 和 C3 位置引入—CHO，可制得含 有醛基的氧化棉織物。含有—CHO 的氧化棉織物可與酪素中的—NH2 發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)制備出酪素改性氧化 棉織物。

　　2.2 棉織物的力學(xué)性能和透氣性能分析 整理前后棉織物的力學(xué)性能和透氣性能測試結(jié)果見表 1。

　　由表1可知：經(jīng)Nal0，處理后，棉織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率均有所降低，織物透氣率明顯增強(qiáng)。氧化棉織物經(jīng)過酪素溶液浸漬整理后，其斷裂強(qiáng)力、透氣率隨著酪素處理時(shí)間的延長而有所恢復(fù)。主要原因是Nal0，對棉織物的選擇性氧化損傷了棉織物中的部分纖維素結(jié)構(gòu)，降低了織物中纖維素的聚合度，增大了織物縫隙，導(dǎo)致氧化棉織物強(qiáng)力下降，脆性增強(qiáng)，透氣性升高;氧化棉織物浸漬酪素溶液后也會(huì)發(fā)生損傷，但氧化棉織物中所含的-CHO與蛋白質(zhì)產(chǎn)生了更強(qiáng)的交聯(lián)結(jié)合現(xiàn)象，增強(qiáng)了纖維間作用力，使斷裂強(qiáng)力有所回升。

　　2.3 棉織物化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

　　棉織物、氧化棉織物和酪素改性氧化棉織物的紅 外測試結(jié)果見圖 2。

　　通過圖2可以得出棉織物在氧化和交聯(lián)反應(yīng)前后的官能團(tuán)變化，進(jìn)而可以分析制備產(chǎn)物的變化情況。通過對氧化棉織物和棉織物的光譜圖像對比分析可發(fā)現(xiàn)：氧化棉織物在1730cm"左右出現(xiàn)新吸收峰，其所代表的是醛基中-C=0的伸縮振動(dòng);在2 850cm處的吸收峰強(qiáng)于棉織物此處的吸收峰，說明其含有更多的C-H，表明氧化棉織物中存在醛基官能團(tuán)。對氧化棉織物與酪素改性氧化棉織物的光譜圖像對比可發(fā)現(xiàn)：織物的醛基特征峰(-C=0)和C-H吸收峰明顯被削弱，而在1 650 cm"左右的伸縮振動(dòng)峰得到明顯增強(qiáng)，表明氧化棉織物與酪素生成C=N.以上分析均表明，氧化棉織物與酪素溶液中所含的蛋白質(zhì)發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)。

　　2.4棉織物紫外線透射分析

　　棉織物、氧化棉織物和經(jīng)過酪素處理后的酪素改性氧化棉織物紫外線透射分析圖像見圖 3。圖中，a 為 原棉織物，b 為氧化棉織物，c、d、e、f 分別為酪素處理 1、2、3、4 h 的改性棉織物。

　　由圖 3 可知，在 280 ～ 400 nm 的紫外光條件照射 下，棉織物、氧化棉織物和酪素改性氧化棉織物的紫外 透過效果不同。隨著酪素溶液處理時(shí)間的延長，形成的酪素改性氧化棉織物紫外透過率先降低再趨于穩(wěn)定。經(jīng)過Nal0，短時(shí)間處理后，棉織物的纖維結(jié)晶度下降，導(dǎo)致織物結(jié)構(gòu)松散，造成剝離溶解損傷，進(jìn)而降低了織物的紫外屏蔽效果。由于氧化棉織物表面形成的一CHO可與酪素中一NH，形成牢固的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，減少織物中的空隙，可提高織物的紫外屏蔽功能。再者，酪素中含有的酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸以及不飽和官能團(tuán)可以有效吸收紫外線，降低紫外線透過率。通過對圖像分析可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過3h交聯(lián)反應(yīng)，織物與酪素結(jié)合產(chǎn)物的紫外透過率已趨于穩(wěn)定，表明二者反應(yīng)已基本完全。

　　2.5 棉織物的微觀形貌分析利用掃描電鏡觀察整理前后棉織物的表面形態(tài)變化，見圖4.

　　由圖 4( a) 、( b) 的對比看出，原棉織物的纖維表 面較光滑，經(jīng) NaIO4 氧化后，棉纖維表面出現(xiàn)分布不勻 的條痕。這主要是由于 NaIO4 氧化棉織物從非晶區(qū)向 晶區(qū)逐步氧化，結(jié)晶度降低，從而導(dǎo)致部分纖維素被溶解分散。再者，NaIO4 對棉織物的選擇性氧化可將構(gòu) 成棉織物的葡萄糖環(huán)打開，導(dǎo)致纖維中大分子間的相 互作用力下降，使得織物結(jié)構(gòu)松散，進(jìn)而纖維表面產(chǎn)生剝離溶解損失，形成條痕現(xiàn)象。通過圖 4( c) 可以觀察 到，采用酪素溶液對氧化棉織物進(jìn)行整理，棉織物表面形成較為牢固的空間結(jié)構(gòu)。這主要是由于酪素溶液中 蛋白質(zhì)含有—NH2，可與氧化棉織物中的—CHO 相互 交聯(lián)，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。再者，二者含有大量的有機(jī)官能團(tuán)，有利于在纖維素與蛋白質(zhì)之間形成氫鍵結(jié) 構(gòu)，進(jìn)而在整理后的棉織物表面形成牢固的蛋白質(zhì)結(jié) 合效應(yīng)。

　　3 結(jié) 語

　　NaIO4 可氧化原棉織物，但織物的斷裂強(qiáng)力、伸長 率均下降，透氣率提高; 再經(jīng)酪蛋白溶液整理后，斷裂 強(qiáng)力、斷裂伸長率、透氣性得到一定程度的恢復(fù)。 紅外測試分析表明，原棉織物經(jīng) NaIO4 氧化產(chǎn) 生—CHO，其可與酪素溶液相互交聯(lián)，形成酪素改性氧 化棉織物。掃描電鏡測試結(jié)果表明，酪素可在氧化棉織物表面形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并與織物形成交 聯(lián)結(jié)合。紫外線穿透測試結(jié)果表明，氧化棉織物紫外線透 過率低于棉織物，引入酪素后織物的紫外線透射性能有所改善且高于棉織物。在 30 ℃的條件下，氧化棉織 物與酪素溶液反應(yīng)3 h 為最佳處理工藝條件。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 范小紅.棉織帶絲素蛋白絲質(zhì)化后處理工藝及其穩(wěn)定性研究[D].杭州: 浙江理工大學(xué)，2019.

　　[2] 許云輝，李繼豐，王云霞，等.絲素酰胺改性棉織物的結(jié)構(gòu)及性能[J].紡織學(xué)報(bào)，2017，38( 2) : 134-140.

　　[3] 林燕萍.羊毛角蛋白提取及對純棉織物改性的工藝探討[J].上海紡織科技，2017，45( 5) : 20-22.

　　[4]李亮，胡澤棟，劉淑萍，等，角蛋白的制備及其對棉織物的改性效果[J].紡織技術(shù)，2018，46(2)：24-28.

　　[5]孫正琪絲素蛋白改性羧基化棉織物的制備與表征[J].織科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2020，37(1)：17-21.

　　[6]崔一帆，侯巍，周干熙，等絲膠溫敏凝膠對棉織物性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào)，2019，40(12)：74-78.

　　[7]章淑娟殼聚糖/絲膠對氧化棉織物復(fù)合整理[D].上海：東華大學(xué)，2017.

　　[8]朱丹丹棉織物天然陽離子改性及植物染料超臨界c02染色研究[D].大連：大連工業(yè)大學(xué)，2016.

　　[9]王浩，杜兆芳，許云輝.氧化殼聚糖/絲膠復(fù)合物的制備及其對棉織的整[.，2019，40(11)：119-124，139.

　　[10]楊秀清，張玉萌，趙佳麗.改性酪蛋白/羧甲基纖維素鈉共混纖維制備與性能[J].合成纖維，2019，48(3)：31-35.

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文章名稱： 酪素改性氧化棉織物的制備及其性能

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