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不同脱胶方法对蚕丝性能的影响分析

2020-02-26 来源:好走旅游网
针钽工丛 2013 q-g. 4期 印染技术 不同脱胶方法对蚕丝性能的影响分析 周小进-.2.董雪 2 (1.苏州市纤维检验所,江苏苏州215128; 2.国家丝绸及服装产品质量监督检验中心.江苏苏州215128) 摘要:采用碳酸钠、中性皂、酒石酸、2709碱性蛋白酶和高温高压水脱胶法对蚕丝分别进行脱胶处理, 对比分析了不同方法处理后蚕丝的脱胶率、力学性能、白度、红外光谱曲线以及染色性能 结果表明:蚕丝 经不同脱胶方法脱胶一次后.丝胶蛋白即可基本去除,脱胶率保持在23%~24%;蚕丝的断裂强度、断裂伸 长率、断裂功经不同脱胶方法脱胶后均有一定程度的下降,高温高压水脱胶对蚕丝的力学性能影响最大; 不同脱胶方法后蚕丝白度均有不同程度的改善.酶脱胶后的蚕丝白度提高最多;红外光谱曲线显示,各脱 胶方法对蚕丝主体结构不会产生较大影响:染色性能方面,在用醋酸调节的弱酸性条件下,脱胶蚕丝得色 较深.且经酒石酸脱胶后蚕丝纱线的染料上染率明显优于其他脱胶方法. .关键词:蚕丝;脱胶:白度;红外光谱曲线;力学性能;染色性能 中图分类号:TS 192.55 文献标志码:A 文章编号:1000—4033(2013)04—0044—05 An Analysis on the Influence of Different Degumming Methods on Silk Properties Zhou Xiaojin 一.Dong Rue。, (1.Fiber Inspection of Suzhou,Suzhou,Jiangsu 215128,China; 2.Nation Quality Supervision and Inspection Center for Silk and Garment Products,Suzhou,Jiangsu 215128,China) Abstract:Silk fibers are degummed by sodium carbonate,neutral soap,tartaric acid,2709 alkaline protease and hot pressurized water method,respectively.The rate of degumming loss,mechanical pn’}mrty,whiteness,in— frared spectrum‘'HIVe and dyeing performance of silk fibers after being degummed are‘ ompara/ivel analyzed. Fhe r snhs show that the rate of degumming loss can all reach 23%-24%or one tifme no matter by which degumming methods;the breaking strength,breaking elongation and fracture of silk will all decline after degummed,while the hot pressnrized water degumming method has large influence on them;whiteness of silk will be improved varies as the degumming methods,while reaches the highest after silk degummed by the 2709 alkaline protease method. rhe resuhs from infrared spectrum curve suggest that all the degumming methods will not affe{ L the main st121{‘II】1’P 1){ silk.Meanwhile,it is found that color yield can get higher when degummed silk are dyed in weak acidity('omlilion with acetic,acid existing;and after silk degummed by tartaric acid method,dye—uptake rate is obviously higher than that by other methods. Key words:Silk:Degumming;Whiteness;Infrared Spectum Curve;Mechanicalr Property;Dyeing Performance 蚕丝巾除含纤维的主体丝素 (约占70%~80%)外,还含有丝胶 其他人为杂质…。其中,丝胶对丝素 上的丝胶必须按比例除去.采H】 酸、碱、皂、高温高压、酶处理等 。 方法在一一定条件下都能达到去除 丝胶的目的.但脱胶处理一・般会引 起保护作用.但过多的丝胶会影响 蚕丝的光泽和手感.还会影响其漂 (约占20%~30%)、蜡质、色素、无 机物和碳水化合物等天然杂质和 白效果.导致染色不匀。因此,蚕丝 作者简介:周小进(1980--),男,副所艮,中心副主任。主要从事纺织品榆验检测及科研方而的I 作。 . 44 ・ 印染技术 起蚕丝性能的降低或改变.所以. 选用合适的脱胶方法以最大程度 降低脱胶对蚕丝丝素性能的影响 是十分重要的 本文采用目前常用的几种脱 胶方法对蚕丝进行了脱胶和染色 试验.从脱胶前后蚕丝的力学性 能、二次结构变化和染色性能分析 探讨了不同脱胶方法的影响。并对 比了各种方法的优缺点和适用范 围.为企业的实际生产提供了一定 的指导 1试验部分 1.1试验材料及仪器 材料:桑蚕丝,2.22~2.44 tex (20-22 D) 试剂:无水碳酸钠(分析纯,上 海试剂厂)、中性皂(中国纺织工业 技术监督所)、酒石酸(分析纯,无 锡展望化学试剂有限公司)、2709 碱性蛋白酶(3万倍,T业纯,武汉 精细化工科技有限公司)、苦味酸 (分析纯.上海沪峰化工有限公 司)、醋酸(分析纯,苏州金城试剂 厂)、胭脂红(分析纯,上海泛柯生 化试剂有限公司)、硅酸钠(分析 纯.上海化学试剂有限公司)、酸性 红A(邢台泽明化工染料有限公 司)、酸性蓝N~RL(中国台湾永光 有限公司). .仪器:XW—ZDR一25X12型低 噪振荡式染样机(靖江市新旺染整 设备厂)、IJA114型电子天平(常熟 市衡器厂)、PHS一2C型精密酸度计 (上海雷磁仪器厂)、DZF一6050型 真空干燥箱(上海恒一科技有限公 司)、X一5型高温染色机(上海皇巨 事业有限公司)、Instron 5565型万 能强力拉伸仪(美国Hunter Lab公 司)、Uitrasean PRO型分光配色仪 (美国Hunter Lab公司)、WSB一3A 型智能式数字白度仪f温州大荣纺 织仪器有限公司)、NICOLET5700 型智能型傅立叶红外光谱仪(美国 热电公司)等 1.2蚕丝脱胶方法及工艺 1.2.1碳酸钠脱胶 称取一定量试样.置于浴比1: 100、温度98~100℃、质量分数为 0.2%的碳酸钠溶液中脱胶.30~45 min后取出.将蚕丝用40℃左右的 去离子水反复洗涤后.于烘箱中烘 干.检验脱胶程度.直至脱胶完全。 1.2.2中性皂脱胶 称取一定量试样.在浴比1: 100、温度98~100℃、质量浓度为 0.2%的中性皂溶液中脱胶.30~45 min后取出.将蚕丝用40℃左右的 去离子水反复洗涤后.于烘箱中烘 干.检验脱胶程度.直至脱胶完全。 1.2.3酒石酸脱胶 称取一定量试样.置于浴比1: 100、温度98~100℃、质量分数为6 g/L的酒石酸溶液中脱胶,45 rain 后取出.将蚕丝用40℃左右的去 离子水反复洗涤后.于烘箱中烘 干,检验脱胶程度,直至脱胶完全。 1.2.4 2709碱性蛋白酶脱胶 蚕丝的酶脱胶分两步进行.即 先用纯碱和表面活性剂进行前处 理,使丝胶膨润、软化,让酶容易产 生作用.然后进行酶处理.将丝胶 去除[6 3.最后进行水洗.温度为60~ 70℃。 前处理处方和条件: 分散剂 1.5 g/L 净洗剂 1.5 g/L 纯碱0.9 g/L 磷酸三钠 0.8 g/L 硅酸钠 1.3 L 保险粉 0.22 L pH值 10.2~10.5 温度 98~100℃ 时间 70 min 浴比 1:40 酶处理处方和条件: 2013年4期斜织工丛 2709碱性蛋白酶(3万倍) l g/L 纯碱 1-3 g/L DH值 10 温度 42~45℃ 时间 7 min 浴比 1:40 1.2.5高温高压水脱胶 称取一定量试样.以清水为精 练液,保持恒温125℃、压力0.15 MPa、浴比1:50。脱胶30 rain,然后 取出脱胶蚕丝用40℃左右的去离 子水反复洗涤.最后于烘箱巾烘 干,检验脱胶程度,直至脱胶完全。 1.3蚕丝染色方法及工艺 1.3.1染色处方一 酸性红A 1% 醋酸 2% DH值 3.8 浴比 1:50 1.3.2染色处方二 酸性蓝N—RL 1% DH值 5.8 浴比 1:50 1.3.3工艺流程及曲线 用蒸馏水配制染料溶液.加入 规定量的染料和助剂.染浴配制完 成后.升温至40℃左右.将已润湿 的蚕丝挤干后投入染浴中开始染 色.以2℃/min的速度逐渐升温至 90 c《=,保温60 min后.染色完成, 取出试样,冷水洗,烘干。 1.4测试方法 1.4.1脱胶效果检验 将1 g胭脂红溶于25%的10 mL氨水中.再加入去离子水20 mL.在搅拌器中加热到45 cC.冷却 后加入45 mL饱和苦味酸溶液.再 加入去离子水至100 mL,调至pH 值为8-9.用该溶液检验生丝脱胶 是否完全 具体步骤是:取10 mL试管预 先加入约1 mL上述检验液.再将 -45. 针钯工丛 2013年第4期 脱胶后的蚕丝样浸没在检验液中. 用沸水加热试管5 min后.取出试 样。用清水冲洗后观察蚕丝颜色.若 为明黄色,则为脱胶完全:若有红 色.则说明需继续脱胶直至完全[7J 1.4.2脱胶率测定 试样处理前后的质量测定采 用烘干称质量法进行.将脱胶前后 的丝样放入烘箱中.在(105 ̄3)c《二 温度下烘至恒质量.然后放入玻璃 干燥器中冷却.于室温下平衡12 h 后用电子天平称质量.称得的质量 分别为脱胶前后的干质量(重复烘 干.称量.3次质量差值小于0.5% 视为恒质量),脱胶率按式(1)计 算: 脱胶率: ×100%(1) W 1 式中: 为脱胶前生丝的干质量: ,为脱胶后蚕丝的干质量 每种方法所得的蚕丝脱胶率 需测两次.如果两次测得样品的脱 胶率相差在0.5%以上.则必须取 第3份样品以同样方法进行检验. 最后以3份样品的平均脱胶率作 为蚕丝的脱胶率 1.4.3 白度测定 按照GB/T 17644--19984纺织 纤维白度色度试验方法》.在WSB一 3A智能数字白度仪上测定不同脱 胶方法处理后蚕丝的白度.每个试 样测定3次.取平均值 1-4.4傅立叶红外光谱(FT—IR)分 析 分别取适量脱胶前后的蚕丝 试样.剪碎制成粉末.KBr压片制 样.在NIXOLET5700型智能型傅 立叶红外光谱仪上进行测试.得蚕 丝脱胶前后的红外吸收光谱曲线 1.4.5拉伸性能测试 在Instr0n 5565型万能强力拉 伸仪上.测试20根蚕丝脱胶前后 的断裂伸长率、断裂强力、断裂功。 .46. 印染技术 测试条件: 1所刁 试样夹持长度 250 mm 由表1可知.蚕丝经过不同脱 拉伸速度 2.5 m/min 胶方法脱胶一次后.包裹在丝素外 预张力 (0.05 ̄0.O1)cN/dtex 同的丝胶蛋白可基本脱除.脱胶率 温度 (20 ̄2)℃ 基本保持在23%~24% 冈此.下面 相对湿度 (65 ̄5)% 的试验中均取脱胶一次后的蚕丝 1-4.6上染率测定 作为试样 按处方配制染液作为标准染 另外,由表1中可以看出.脱 液.准确吸取标准染液10 mL.移 胶次数对蚕丝脱胶率的影响与脱 入100 mL容量瓶中.用蒸馏水稀 胶方法有关 其中.酒石酸脱胶蚕 释至刻度.在TU一1810紫外可见分 丝的变化较大.随着脱胶次数的增 光光度计上测定标准染液的最大 加.脱胶率逐渐增加.从24.28%增 吸收波长A~,并测定在A~处标 加至26.11%.而蚕丝的含胶率一般 准染液的吸光度 ;染色结束后, 为23%~25%.这可能是由于选用 在分光光度汁上测定在A一处残 酒石酸作为脱胶剂.在脱胶过程中 液的吸光度E ,上染率按式(2)计 脱去丝胶的同时也损伤了丝素所 算: 致;在碱、皂、酶脱胶法中,随着脱 上染率=(1- /5'i)x100%(2) 胶次数的增加.脱胶率只 一定范 围内有波动. 、1.4.7表面色深及色度测定 2.2脱胶方法对蚕丝力学性能的 将脱胶蚕丝纱线压紧放入测 影响 试仪器筒内.采用配色仪测定染色 不同脱胶方法后.蚕丝的力学 试样的K/S值.分析其表观色深:并 性能结果如表2所示 测定染色试样的CIEL a*b 值.分析 南表2可知.脱胶后蚕丝的断 其色度变化 裂强力、断裂伸长率、断裂功与牛 测试时选择D65光源.10o视 丝相比均有一定程度下降.即蚕丝 角,每个试样测定5次,取平均值 的丝素在不同脱胶方法的脱胶过 2结果与讨论 程中都受到了不同程度的损伤 2.1脱胶方法及次数对脱胶率的 总体来说.脱胶丝力学性能数 影响 据的变异性较小.其原 一方面是 按照1-2所述方法及工艺分别 由于丝素蛋白纤维起到了平均的 进行脱胶试验后.取出脱胶丝用温 作用:另一方面.丝胶涂层本身对丝 水反复洗涤.再用冷水洗.然后用 素蛋白有一定的保护作用[{i] 经高 蒸馏水浸渍.最后烘干 温高压水脱胶后.蚕丝的断裂强 检验不同脱胶方法及脱胶不 度、断裂伸长率及断裂功等力学性 同次数后蚕丝的脱胶率.结果如表 能参数有较大程度的降低.表明高 表1 不同方法及次数脱胶后蚕丝的脱胶率对比 % 脱胶次数 碳酸钠脱胶 中性皂脱胶 2709碱性蛋白 高温高压水 酒石酸脱胶 酶脱胶 脱胶 1 24.44 24_32 24.28 24.58 23-39 2 24.56 24.O2 24.57 23 23 23.57 3 25.67 23-3O 25l36 22.02 24.03 4 24.78 23.84 26.11 21.25 23.97 印染技术 温高压脱胶对蚕丝的影响最大.高 温可以加速丝胶蛋白的水解.但也 可能对丝素蛋白具有一定的破坏 作用 2013年4期针织工 。 1 540 cm (酰胺Ⅱ)、1 330~1 294 cm (酰胺Ⅲ)、896~890 cm (酰胺 Ⅳ)、625~615 cm (酰胺V)为ft.一 胺I)、1 626(酰胺I)是丝胶的特 征峰值.因此进一步验证了上述检 验脱胶效果的完成:另外.在各脱 胶试样中,虽然1 661(酰胺I)峰 螺旋结构 其中.在1 640--1 615 cI一 (酰胺I)、1 535~1 514 cm (酰胺 II)、1 245~1 220 cm (酰胺Ⅲ)、 965 cm (酰胺Ⅳ)、700~696 cm 另外.酶脱胶丝的损伤小于碳 酸钠脱胶丝.这跟试验前的预想不 一发生低位偏移、峰值变弱.但仍属 于ft.一螺旋结构.其他3个蚕丝特 征峰值基本无明显变化.说明经脱 胶后仅一螺旋程度有所降低.有向 样.原以为过高浓度的碳酸钠溶 液会使丝素发生降解从而严重影 (酰胺V)为8一折叠结构,在660~ 响蚕丝的力学性能.而酶处理及其 预处理液中碳酸钠的质量分数远 高于碳酸钠脱胶方法中的碳酸钠 浓度.因此预想酶脱胶丝的损伤应 远远大于碳酸钠脱胶丝的.但试验 数据却显示相近.这可能是由于酶 预处理的时间相对较短所致 综合来说.酒石酸和碳酸钠脱 胶的断裂强度及断裂伸长率等力 学性能参数是几种脱胶方法中相 对较好的 2-3脱胶方法对蚕丝白度的影响 不同方法脱胶后.蚕丝的白度 结果如表3所示 由表3可知.蚕丝经脱胶后白 度均有不同程度的改善.但不同脱 胶方法对脱胶蚕丝白度的改善程 度各不相同 未脱胶的蚕丝.由于 丝胶的存在.白度相对较差.只有 29.3:酶脱胶后的蚕丝白度有了很 大提高.是几种脱胶方法中自度最 好的:其次是中性皂脱胶:而高温 高压水脱胶后的蚕丝白度则相对 较低。 另外发现.与中性皂脱胶效果 相比.酒石酸脱胶后蚕丝具有良好 的光泽、丝鸣感 :酶脱胶所得蚕丝 比中性皂和酒石酸脱胶所得蚕丝 具有较好的柔软性和手感 2.4脱胶方法对蚕丝红外光谱曲 线的影响 不同方法脱胶后.蚕丝的红外 光谱曲线如图1所示 蚕丝丝素蛋白的红外光谱带 在l 660 ̄1 647 cm-'(酰胺I)、1 546~ 65 crn (酰胺V)为无规卷曲结构 B一折叠结构转变的趋势,但主体结 由图1中的曲线a可知.试验 构并未发生较大的改变_9_ 用未脱胶蚕丝试样红外光谱曲线 2.5脱胶方法对蚕丝染色性能影 的特征峰值是:l 661(酰胺I)为 响 d一螺旋结构;1 626(酰胺I)、1 517 按照1-3中所述进行试验.结 (酰胺Ⅱ)、1 226(酰胺Ⅲ)和696 果如表4和表5所示 (酰胺V)为B一折叠结构;蚕丝的 对比表4和表5可知.在弱酸 二级结构主要以B一折叠结构为主, 性条件下染真丝纤维得色较深.这 也含有少量的仪一螺旋结构 由图1 是因为染色机理不同造成的 采用 中b、c、d、e、f曲线可知,5种方法 酸性染料染真丝.在中性条件下染 脱胶后蚕丝的红外光谱图特征峰 料与纤维主要以氢键和范德华力 值1 626(酰胺I)消失,1 661(酰 结合:而在酸性条件下染料与纤维 胺I)均向低位偏移,而1 661(酰 主要以离子键结合.同时也有氢键 表2不同方法脱胶后蚕丝的力学性能对比 试样 脱胶率/% 平均断裂伸长率/% 平均断裂强力/cN 断裂功,J 未脱胶 20.57 5.54 O.3l2 碳酸钠脱胶 24.14 19.43 4_36 0.255 中性皂脱胶 24-47 17-29 3.96 0.205 酒石酸脱胶 24.37 19.50 4.52 0.266 2709碱性蛋白酶脱胶 24.58 19.10 4.48 O-261 高温高压水脱胶 23-39 16_38 4_2O 0-210 表3不同方法脱胶后蚕丝的白度对比 波数/cm 注:a未脱胶;b碳酸钠脱胶;c中性皂脱胶;d酒石酸脱胶;e2709碱性蛋白酶脱胶:f高温 高压水脱胶。 图1不同方法脱胶后蚕丝的红外光谱曲线 ・47・ 针 工 2o13年第4期 表4不同方法脱胶后蚕丝对酸性红A的染色性能对比 染液最终 试样 L染率/% K/5{_fli ,J b pH值 未脱胶 88-2 4.45 44.48 31.14 9.88 4.8 碳酸钠脱胶 89_3 3.39 52.68 39.2l lO.31 4.9 中性皂脱胶 72.6 3.20 52.79 38.43 7.78 53 酒石酸脱胶 99.6 3.54 5l 64 38.87 9.57 4.6 2709碱性蛋f I酶脱胶 79.6 3.09 53.76 38.60 8.49 5-2 高温高压水脱胶 94.5 4-20 49.94 38.18 10_86 4.6 表5不同方法脱胶后蚕丝对酸性蓝N—RL的染色性能对比 染液最终 试样 上染率/% K/S值 ,J b pH值 术脱胶 90皇 3.84 45.45 1_2O -26-30 5.1 碳酸钠脱胶 83.6 2.1l 56.55 一1.13 -29.59 5.4 中性皂脱胶 56.7 1.79 57.38 -239 —28-28 5.8 洒石酸脱胶 97.9 2.24 55.97 —1.74 -28.77 5.2 2709碱性蛋白酶脱胶 83.4 2.O2 57.5O —1.74 -28.71 5.7 高温高压水脱胶 87.6 3.36 55.74 一1.89 -28.47 5.4 和范德华力结合.所以在同样染色 ~24% 脱胶次数对蚕丝脱胶率的 时间内.用醋酸作为染色介质.染 影响与脱胶方法有关.其中.酒石 料的上染率、匀染性明显差于rfJ性 酸脱胶方法的次数影响较大.随着 介质的loi 脱胶次数的增加.脱胶率逐渐增 从染料的上染率可以看出.蚕 加 丝经酒石酸脱胶后.染料的上染率 3.2脱胶丝较未脱胶丝的断裂强 分别达到99.6%和97.9%.明显优 度、断裂伸长率、断裂功均有一定 于其他脱胶方法的:而最差的为中 程度的下降, 高温高压脱胶对蚕丝 性皂脱胶法.蚕丝上染率仅分别为 性能的影响最大.高温可以加速丝 72.6%和56.7% 胶蛋白的水解.但也可能对丝素蛋 另外.由于不同方法脱胶后蚕 h具有一定的破坏作用:酒石酸和 丝表面形态有一定的差异.其对光 碳酸钠脱胶的断裂强度及断裂伸 线的反射、吸收、折射和散射作用 长率等力学性能参数是几种脱胶 均不一样.因此染色后纱线的色光 方法中相对较好的 也有一定的差异 酶脱胶蚕丝纤维 3-3不同方法脱胶后蚕丝白度均 的明度指数 略高于其他几种方 有不同程度的改善 与未脱胶的蚕 法的.即其光泽性要优于其他疗 丝相对比.酶脱胶后的蚕丝白度得 法:染色后不同脱胶方法所得蚕丝 到了很大提高 达到71.3.其次是 的色度指数 、b 均有差异也反映 中性皂脱胶.高温高压水脱胶则相 了色相的变化 对较低 3 结论 3.4各脱胶蚕丝试样中1 661(酰 3.1 蚕丝经不同脱胶方法脱胶一 胺I)峰虽然发生低位偏移、峰值 次后.包裹在丝素外围的丝胶蛋门 变弱.但仍属于Or.一螺旋结构,其他 即可基本脱除.脱胶率保持在23% 3个丝素特征峰值基本无明显变 .48. 一印染技术 化.说叫经脱胶后丝素分子叶1 o【~ 螺旋程度有所降低.有向B一折叠 结构转变的趋势.但主体结构并未 发生较大的改变、 3.5 采J{{酸性染料. 弱酸性 (醋酸)条件下染真丝纤维得包 较深.、从峻性红A和酸性蓝N~ RL的上染率叮以看 .酒右酸脱 胶后蚕丝纱线的染料上染率分 别达到99.6%和97.9%.明显优 于其他脱胶方法的:最差的为中 性皂脱胶蚕丝.上染率分圳是 72.6%干f I56.7% 、 参考文献 『1] 兜路.染牡J 艺学教程:第一分册 『M].北京:r…目纺织Ⅲ版,2005. 『2]张阿I . 丝脱胶方法的比较分卡斤 [J].蚕业科学,2002,28(1):75—79. 『3]_爪维贤,赵摧}JIJ,li朝…, .资茧的 高温高 水脱胶研究lIl J.纺 学报,2003 (2):164一I66. 『4]TI_英健.儿种 胶斤法的比较研究J . 安徽农、J 科 、 :,2008,36(33):14623— 14624. 『5]周义.陈新.耶正巾. 外和托曼 谱用于埘丝蛋门构象的研究lI.化学 进展,2006,l8(11):1514一l522. 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