摘要:為賦予傳統棉織物多功能性，采用高碘酸鈉對棉織物進行選擇性氧化，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交聯的形式構筑棉-酪素復合織物。測試了整理前后棉織物的強力和透氣性變化，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-酪素復合織物進行測試與分析。結果表明:經高碘酸鈉選擇性氧化后，棉織物中產生了新的活性官能團醛基，再與酪素以交聯反應的形式制備出性能穩定的棉-酪素復合織物，相較于原棉織物，棉-酪素復合織物的力學性能略有下降，但透氣性和防紫外線透射性能明顯提高。

　　關鍵詞: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保[3]，可循環再利用等優點，廣泛應用于紡織服裝行業。棉的主要成分是纖維素[4]，纖維素是由 D-吡喃型的葡萄糖環以 β-1，4 苷 鍵連接而成的線型高分子，其含有 3 個易與其他高分 子材料發生化學反應( 如交聯[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的羥基進行化學反應，進而彌補傳統棉織物的缺點，擴大其應用范圍。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 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材料，其具有優異的生物相容性，可與其他材料形成較強的黏附狀態，并具有可自然降解等特點，故可借助后整理將酪素應用于織物表面以獲得多功能性棉織物。本文先對棉織物進行高碘酸鈉氧化處理，獲得含雙醛基的氧化棉織物，再使用酪素進行改性后整理，從而將酪素中的蛋白質成分與氧化棉織物以化學交聯的方式牢固結合，制備出多功能且性能穩定的酪素改性氧化棉織物。

　　1試驗部分

　　1.1 試驗材料與儀器

　　純棉平紋織物，經緯紗線密度均為18.45 tex，經緯密均為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;去離子水由實驗室自行制備;氫氧化鈉(NaOH)、高碘酸鈉(Nal0，)、無水乙醇(CH，CH，OH)均為AR級，由天津市大茂化學試劑廠提供。

　　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：MYP11-2型磁力攪拌器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司產;Nico-let5700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國尼高力公司產：SNE3000NB型場發射掃描電鏡，美國SEC公司產;YG065 N型電子織物強力測試儀，山東萊州市電子儀器有限公司產;YG461E型數字式透氣量儀，寧波紡織儀器廠產;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。

　　1.2制備方法

　　1.2.1 氧化棉織物的制備

　　稱取一定質量的棉織物，浸于質量分數為5%的高碘酸鈉溶液中，采用避光的方式進行試驗。為保證高碘酸鈉溶液分散均勻，對其進行持續攪拌。反應時間設置為30 min，采用無水乙醇和去離子水反復沖洗反應獲得的氧化棉織物以除去未反應的高碘酸鈉，并將整理后的氧化棉織物進行干燥處理并封袋保存。

　　1.2.2 復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，以制備出質量分數為10%的酪素溶液。將制備的氧化棉織物浸于酪素溶液中，在30 ℃條件下攪拌反應一段時間并烘干，經去離子水充分沖洗并進行二次烘干，得到酪素改性氧化棉織物，裝袋保存。

　　1.3 測試方法

　　1.3.1 棉織物力學性能測試依據GB/T 3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》要求，采用電子織物強力測試儀進行棉織物的力學性能測試。儀器的預加張力設置為2 N，拉伸速度為100 mm/min，織物規格參數為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型數字式透氣量儀進行透氣性能測試。測試試樣的有效面積為20cm2，壓降為100 Pa，每個試樣重復測試5次，結果取平均值。

　　1.3.3棉織物化學結構測試

　　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行測試。將紅外測試儀的測試波段區間調整到4 000-500 cm"，根據測試獲得吸收峰的波長確定試樣中的化學組分以及分析整理前后棉織物的化學成分變化情況。

　　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結構，以分析棉織物整理前后的表面形態結構變化。對需要測試的棉織物試樣進行噴金處理，以提升其導電性能，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 GB /T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》要求，采用紡織品防紫外線性能測試儀進行相關棉織物的防紫外線性能測試。

　　2 結果與討論

　　2.1 棉織物與酪素的反應機理

　　棉織物與 NaIO4 以及酪素反應機理示意圖見圖 1。

　　通過圖 1 可知，利用 NaIO4 的選擇性氧化反應特性，棉織物可被選擇性氧化。通過將構成棉織物的葡萄糖環打開，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 發生交聯反應制備出酪素改性氧化 棉織物。

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

　　由表1可知：經Nal0，處理后，棉織物的斷裂強力和斷裂伸長率均有所降低，織物透氣率明顯增強。氧化棉織物經過酪素溶液浸漬整理后，其斷裂強力、透氣率隨著酪素處理時間的延長而有所恢復。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構，降低了織物中纖維素的聚合度，增大了織物縫隙，導致氧化棉織物強力下降，脆性增強，透氣性升高;氧化棉織物浸漬酪素溶液后也會發生損傷，但氧化棉織物中所含的-CHO與蛋白質產生了更強的交聯結合現象，增強了纖維間作用力，使斷裂強力有所回升。

　　2.3 棉織物化學結構分析

　　棉織物、氧化棉織物和酪素改性氧化棉織物的紅 外測試結果見圖 2。

　　通過圖2可以得出棉織物在氧化和交聯反應前后的官能團變化，進而可以分析制備產物的變化情況。通過對氧化棉織物和棉織物的光譜圖像對比分析可發現：氧化棉織物在1730cm"左右出現新吸收峰，其所代表的是醛基中-C=0的伸縮振動;在2 850cm處的吸收峰強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。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現：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"左右的伸縮振動峰得到明顯增強，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發生了化學交聯反應。

　　2.4棉織物紫外線透射分析

　　棉織物、氧化棉織物和經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定。經過Nal0，短時間處理后，棉織物的纖維結晶度下降，導致織物結構松散，造成剝離溶解損傷，進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，形成牢固的交聯結構，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現，經過3h交聯反應，織物與酪素結合產物的紫外透過率已趨于穩定，表明二者反應已基本完全。

　　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 NaIO4 氧化后，棉纖維表面出現分布不勻 的條痕。這主要是由于 NaIO4 氧化棉織物從非晶區向 晶區逐步氧化，結晶度降低，從而導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 成棉織物的葡萄糖環打開，導致纖維中大分子間的相 互作用力下降，使得織物結構松散，進而纖維表面產生剝離溶解損失，形成條痕現象。通過圖 4( c) 可以觀察 到，采用酪素溶液對氧化棉織物進行整理，棉織物表面形成較為牢固的空間結構。這主要是由于酪素溶液中 蛋白質含有—NH2，可與氧化棉織物中的—CHO 相互 交聯，形成穩定的結構狀態。再者，二者含有大量的有機官能團，有利于在纖維素與蛋白質之間形成氫鍵結 構，進而在整理后的棉織物表面形成牢固的蛋白質結 合效應。

　　3 結 語

　　NaIO4 可氧化原棉織物，但織物的斷裂強力、伸長 率均下降，透氣率提高; 再經酪蛋白溶液整理后，斷裂 強力、斷裂伸長率、透氣性得到一定程度的恢復。 紅外測試分析表明，原棉織物經 NaIO4 氧化產 生—CHO，其可與酪素溶液相互交聯，形成酪素改性氧 化棉織物。掃描電鏡測試結果表明，酪素可在氧化棉織物表面形成穩定的空間結構狀態，并與織物形成交 聯結合。紫外線穿透測試結果表明，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3 h 為最佳處理工藝條件。

　　參考文獻:

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

　　[2] 許云輝，李繼豐，王云霞，等.絲素酰胺改性棉織物的結構及性能[J].紡織學報，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，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].織科學與工程學報，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].紡織學報，2019，40(12)：74-78.

　　[7]章淑娟殼聚糖/絲膠對氧化棉織物復合整理[D].上海：東華大學，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：大連工業大學，2016.

　　[9]王浩，杜兆芳，許云輝.氧化殼聚糖/絲膠復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.

期刊VIP網，您身邊的高端學術顧問

文章名稱： 酪素改性氧化棉織物的制備及其性能

文章地址： http://www.qxgy.net/mianfeiwx/59300.html