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 化學與化工學院，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 化學與化工學院，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柔軟。殼聚糖改性和季銨鹽改性后織物的褶皺回復角均變大，而且季銨鹽改性后的織物褶皺回復角相對更大。通過掃描電鏡進行、FAST織物風格儀進行測試，可以發現改性后織物表面變得更加光滑，但織物的強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構[1,2]。它具有絕佳的生物降解性、無毒無害及優良的成膜性，因而被應用于各個行業[3]。在紡織工業中，殼聚糖由于低水溶性而被限制了廣泛應用，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、經濟實惠等特點[6-8]，但由于微觀結構和化學組成的特點[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

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（廈門瑞比精密機械有限公司），YG541B型織物褶皺回復角測定儀（寧波紡織儀器廠），Fast織物風格儀-Fast-2彎曲性能儀（澳大利亞聯邦科學院）

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，且每兩次測得的數據間隔不超過0.5mm。

（2）褶皺回復角的測定。參照GB/T 3819-1997《紡織品織物折痕回復性的測定回復角法》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：1000倍左右。

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

2　結果與討論

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，因為殼聚糖在處理纖維素纖維時，由于其分子量大，水溶性差，總會出現發硬的狀況，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中顯示了經過不同分子量及其季銨鹽處理亞麻后的彎曲長度。圖中，F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，亞麻發硬的情況有所改善，且當分子量降到1900時，與未改性的幾乎相同，實際手感也類似。而對比F+C00和F+H00可以看出，殼聚糖經過季銨鹽改性后，其在織物上反映出的硬度要減小，這是因為其水溶性改善，對纖維的親和力增強的緣故。

2.2 褶皺回復角的分析

不同分子量殼聚糖及其季銨鹽處理到織物上后，織物折皺回復性的情況如表2所示。從表2中看出，亞麻織物經不同分子量的殼聚糖及其季銨鹽衍生物整理后，折皺回復性無論是急彈還是緩彈，相對于未經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。這是因為，織物經過殼聚糖處理后，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入亞麻纖維內部，占據纖維間的空隙，并與纖維分子發生氫鍵、范德華力結合，阻止了纖維分子間由于外力的作用而產生的滑移，所以使織物的抗皺性能進一步提高[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。我們還可以發現，殼聚糖季銨鹽處理后的抗皺效果都比殼聚糖氨基質子化處理的效果好，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性

2.3 織物表面形貌觀察

選取未整理的亞麻織物（Flax）、經CTS00處理后的亞麻（F+C00）、經CTS02處理后的亞麻（F+C02）、經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的對比

表3　殼聚糖及其季銨鹽處理亞麻織物前后機械性能的對比

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，有很多天然細小裂紋，而經過殼聚糖整理后，亞麻纖維表面的細小裂紋被殼聚糖分子填補，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，滲入纖維內部較完全，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，結合更加充分。織物經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 機械性能的分析

表3中顯示了亞麻織物在改性前后斷裂強力和斷裂伸長率的變化，從中看出，經過改性后的織物強力和斷裂伸長都有不同程度的下降，經過殼聚糖質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生刻蝕作用，而且當分子量降低后，殼聚糖的作用區域不限于表面形成膜，在纖維內部與纖維素形成分子間作用力，導致纖維各單元間的移動性受到牽制，負擔外力的情況更不均勻，從而導致強力下降。同樣的，低分子量殼聚糖季銨鹽與纖維素的作用力更強烈，導致強力下降更為嚴重。當然，這些作用力降低了纖維隨外力發生形變的能力，從而導致斷裂伸長率下降[12]。

3　結論

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行改性，經研究發現，殼聚糖改性和季銨鹽改性后織物的性能發生很大的變化：（1）亞麻織物經過改性后，其柔軟度幾乎沒發生變化，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角最大，季銨鹽改性后的織物的褶皺回復角相對更大；（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。

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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：生物質纖維及其清潔染整加工.