吳 偉，姜會鈺

（武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430200）

不同分子量殼聚糖及其季銨鹽對亞麻織物改性研究

吳 偉，姜會鈺*

（武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430200）

使用不同分子量的殼聚糖及其季銨鹽對亞麻織物進(jìn)行改性，和未改性織物相比，改性后織物沒有變硬，而且其柔軟度隨著分子量的降低而變?nèi)彳?。殼聚糖改性和季銨鹽改性后織物的褶皺回復(fù)角均變大，而且季銨鹽改性后的織物褶皺回復(fù)角相對更大。通過掃描電鏡進(jìn)行、FAST織物風(fēng)格儀進(jìn)行測試，可以發(fā)現(xiàn)改性后織物表面變得更加光滑，但織物的強(qiáng)力和斷裂伸長率均有不同程度的下降。

亞麻織物；殼聚糖；季銨化；改性

殼聚糖是自然界中僅次于纖維素的第二大可再生資源，具有類似纖維素的結(jié)構(gòu)[1,2]。它具有絕佳的生物降解性、無毒無害及優(yōu)良的成膜性，因而被應(yīng)用于各個行業(yè)[3]。在紡織工業(yè)中，殼聚糖由于低水溶性而被限制了廣泛應(yīng)用，而降低其分子量和季銨鹽改性是解決方法中常用的兩種[4,5]。

亞麻纖維具有吸濕透氣、抗菌防臭、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)[6-8]，但由于微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的特點(diǎn)[9, 10]，亞麻織物穿著時存在刺癢感，在穿著和洗滌過程中也容易起皺[11]。

1　試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：純亞麻半漂平紋織物

試劑：不同分子量殼聚糖及其季銨鹽（自制），甘氨酸鹽酸鹽（自制）

殼聚糖及其季銨鹽分子量及編號如表1所示。

表1　不同分子量殼聚糖及其季銨鹽

儀器 AY120型電子分析天平（日本島津公司），PCE-3000型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海索譜儀器有限公司），Phenom Pro型臺式掃描電鏡（荷蘭Phenom-World公司），PAO-087型小型軋染機(jī)（廈門瑞比精密機(jī)械有限公司），YG541B型織物褶皺回復(fù)角測定儀（寧波紡織儀器廠），F(xiàn)ast織物風(fēng)格儀-Fast-2彎曲性能儀（澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院）

1.2 亞麻織物改性處方與工藝

不同分子量殼聚糖改性處方與工藝：

殼聚糖：4 g/L；甘氨酸鹽酸鹽：0.5%；浴比：1 : 30

首先使用0.5%的甘氨酸鹽酸鹽水溶液溶解殼聚糖，待完全溶解后，浸軋（二浸二軋，每次浸30min，

軋余率80%～90%）→ 烘干（100℃，5 min）。

不同分子量殼聚糖季銨鹽改性處方與工藝：

殼聚糖季銨鹽：4 g/L；浴比：1 : 30

浸軋（二浸二軋，每次浸30min，軋余率80%～90%）→ 烘干（100℃，5 min）

1.3 測試方法

（1）彎曲長度的測定。將改性前后的亞麻條狀試樣平放在Fast 2-彎曲性能儀的測量平面上，然后緩慢向前推移，使試樣一端逐漸脫離平面支托呈懸臂狀。受試樣本身重力作用，試樣前沿與水平面之間成41.5°角時，隔斷光路，此時試樣伸出支托面的長度即為彎曲長度。每個試樣測量三次，取平均值，且每兩次測得的數(shù)據(jù)間隔不超過0.5mm。

（2）褶皺回復(fù)角的測定。參照GB/T 3819-1997《紡織品織物折痕回復(fù)性的測定回復(fù)角法》測試。

（3）織物表面形貌的測定。使用Phenom Pro型臺式掃描電鏡測量經(jīng)過殼聚糖及其衍生物處理前后亞麻織物的表面形貌，放大倍數(shù)：1000倍左右。

（4）機(jī)械性能的測定。參照GB/T3923-1997《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長的測定條樣法》測試。

2　結(jié)果與討論

2.1 彎曲長度的分析

織物的彎曲長度在一定程度上能代表織物的柔軟度，因?yàn)闅ぞ厶窃谔幚砝w維素纖維時，由于其分子量大，水溶性差，總會出現(xiàn)發(fā)硬的狀況，且亞麻本身手感就比較粗獷，使用殼聚糖改性后，織物的手感是一個必須考究的因素。圖1中顯示了經(jīng)過不同分子量及其季銨鹽處理亞麻后的彎曲長度。圖中，F(xiàn)代表亞麻，C00～C04分別代表不同分子量的殼聚糖，H00～H04分別代表不同分子量的殼聚糖季銨鹽。

從圖1中可以看出經(jīng)過原始分子量改性的亞麻彎曲長度比未改性的亞麻大很多，實(shí)際手摸也感覺到亞麻織物很硬，但隨著分子量的逐漸降低，亞麻發(fā)硬的情況有所改善，且當(dāng)分子量降到1900時，與未改性的幾乎相同，實(shí)際手感也類似。而對比F+C00和F+H00可以看出，殼聚糖經(jīng)過季銨鹽改性后，其在織物上反映出的硬度要減小，這是因?yàn)槠渌苄愿纳?，對纖維的親和力增強(qiáng)的緣故。

2.2 褶皺回復(fù)角的分析

不同分子量殼聚糖及其季銨鹽處理到織物上后，織物折皺回復(fù)性的情況如表2所示。從表2中看出，亞麻織物經(jīng)不同分子量的殼聚糖及其季銨鹽衍生物整理后，折皺回復(fù)性無論是急彈還是緩彈，相對于未經(jīng)整理劑整理的亞麻織物的抗皺性都有所提高，并且抗皺性隨著分子量的增大先提高后降低。這是因?yàn)椋椢锝?jīng)過殼聚糖處理后，分子量大的殼聚糖在纖維表面形成一層薄膜，可以提高織物的抗皺性，而分子量小的殼聚糖可以進(jìn)入亞麻纖維內(nèi)部，占據(jù)纖維間的空隙，并與纖維分子發(fā)生氫鍵、范德華力結(jié)合，阻止了纖維分子間由于外力的作用而產(chǎn)生的滑移，所以使織物的抗皺性能進(jìn)一步提高[12]。但分子量過小，與纖維分子間作用力會減小，抗皺性提高的程度就會減弱。我們還可以發(fā)現(xiàn)，殼聚糖季銨鹽處理后的抗皺效果都比殼聚糖氨基質(zhì)子化處理的效果好，這歸咎于季銨鹽的靜電引力作用力大，與纖維的結(jié)合力大，故而效果較好。

表2　不同分子量殼聚糖及其季銨鹽處理后亞麻織物的折皺回復(fù)性

2.3 織物表面形貌觀察

選取未整理的亞麻織物（Flax）、經(jīng)CTS00處理后的亞麻（F+C00）、經(jīng)CTS02處理后的亞麻（F+C02）、經(jīng)HTCC02處理后的亞麻（F+H02），在放大1000倍的掃描電鏡下觀察織物表面的形貌，如圖2所示。

圖2　殼聚糖及其季銨鹽處理亞麻織物前后織物表面形態(tài)的對比

表3　殼聚糖及其季銨鹽處理亞麻織物前后機(jī)械性能的對比

圖2中，首先是未整理的亞麻纖維與整理后的亞麻纖維相比，未整理織物的亞麻織物的纖維表面粗糙，有很多天然細(xì)小裂紋，而經(jīng)過殼聚糖整理后，亞麻纖維表面的細(xì)小裂紋被殼聚糖分子填補(bǔ)，表面顯得光滑、有涂覆感。再比較F+C00和F+C02、F+H02可以看出，殼聚糖的分子量越小，對亞麻織物纖維的滲透力越強(qiáng)，滲入纖維內(nèi)部較完全，使纖維表面飽滿、光滑，附著物較少；而季銨鹽處理過的顯得更為光滑，說明殼聚糖季銨鹽與亞麻纖維之間的親和力更好，結(jié)合更加充分?？椢锝?jīng)殼聚糖及其季銨鹽改性后表面變得光滑，可以在一定程度上起到減少織物本身的刺癢感的作用。

2.4 機(jī)械性能的分析

表3中顯示了亞麻織物在改性前后斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的變化，從中看出，經(jīng)過改性后的織物強(qiáng)力和斷裂伸長都有不同程度的下降，經(jīng)過殼聚糖質(zhì)子化整理后的亞麻織物，由于處理過程中會加入酸性的甘氨酸鹽酸鹽來溶解殼聚糖，會對亞麻織物中的纖維素產(chǎn)生刻蝕作用，而且當(dāng)分子量降低后，殼聚糖的作用區(qū)域不限于表面形成膜，在纖維內(nèi)部與纖維素形成分子間作用力，導(dǎo)致纖維各單元間的移動性受到牽制，負(fù)擔(dān)外力的情況更不均勻，從而導(dǎo)致強(qiáng)力下降。同樣的，低分子量殼聚糖季銨鹽與纖維素的作用力更強(qiáng)烈，導(dǎo)致強(qiáng)力下降更為嚴(yán)重。當(dāng)然，這些作用力降低了纖維隨外力發(fā)生形變的能力，從而導(dǎo)致斷裂伸長率下降[12]。

3　結(jié)論

本文使用不同分子量的殼聚糖及其季銨鹽并對亞麻織物進(jìn)行改性，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖改性和季銨鹽改性后織物的性能發(fā)生很大的變化：（1）亞麻織物經(jīng)過改性后，其柔軟度幾乎沒發(fā)生變化，殼聚糖分子量越低，其柔軟效果越好，而且用季銨鹽改性后的柔軟效果更好；（2）改性后織物的褶皺回復(fù)角有不同程度的提高，分子量在5600左右的殼聚糖改性后的織物的褶皺回復(fù)角最大，季銨鹽改性后的織物的褶皺回復(fù)角相對更大；（3）改性后織物表面更加變得光滑，改性后織物的強(qiáng)力和斷裂伸長率隨著殼聚糖及其季銨鹽與纖維之間的作用力的增大而下降。

[1] 蔣挺大．殼聚糖[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001．

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Research on the Modification of Flax Fabric with Different Molecular Weight Chitosan and its Quaternary Ammonium Salt

WU Wei, JIANG Hui-yu
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China)

In this paper, different molecular weight chitosan and its quaternary ammonium salt were used to modify flax fabric. Comparing with the fabric without modification, the modified fabric didn’t get harder and its softness became better as the molecular weight of chitosan decreased. Wrinkle recovery angle of the modified flax all increased. Moreover, the fabric modified by quaternary ammonium salt has better crease recovery than that modified by chitosan. By SEM and FAST fabric style instrument measurements, the fabric was found to be smoother. But tensile strength and elongation at break got decreased after modification.

flax fabric; chitosan; quaternarization; modification

TS195.2

A

2095－414X(2016)03－0032－04

姜會鈺（1975-），男，副教授，博士，研究方向：生物質(zhì)纖維及其清潔染整加工.