蠶絲纖維的等離子體改性研究

蠶絲纖維的等離子體改性研究

1“纖維調(diào)”絲綢是天然的蛋白質(zhì)纖維。其材料輕優(yōu)雅，質(zhì)地柔軟，外形美觀，吸水性好，深受消費(fèi)者喜愛。這就是纖維女王。但在穿著、洗滌過程中存在易泛黃、不耐磨、難打理、染色牢度欠佳等弱點(diǎn),嚴(yán)重困擾著絲綢產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,因此為使絲綢產(chǎn)品更具有競爭力,必須對(duì)蠶絲纖維及其制品進(jìn)行改良。2絲綢纖維及其產(chǎn)品的翻新研究人員對(duì)蠶絲纖維的改性已有較長的歷史,改性的方法可以分為物理改性、化學(xué)改性以及基因技術(shù)。2.1表面改性技術(shù)2.1.1特殊熱處理蠶絲經(jīng)過某種高溫特殊處理后,可以大幅度改善光澤,提高強(qiáng)力和水洗色牢度。周嵐,邵建中等研究以溫度、張力、助劑等為主要工藝因素的特殊熱處理對(duì)蠶絲絲素結(jié)構(gòu)和性能的影響,證明:濕熱條件下,張力作用能增加蠶絲纖維的取向度和結(jié)晶度,從而提高蠶絲的斷裂強(qiáng)度和耐洗色牢度;潤濕保護(hù)劑對(duì)蠶絲纖維有良好的潤濕膨化作用和一定的高溫保護(hù)作用,有助于上述處理效果的提高。2.1.2等離子體技術(shù)等離子體是正負(fù)帶電粒子密度相等的導(dǎo)電氣體,其中包含離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子,這些高速運(yùn)動(dòng)的活性粒子流和材料表面發(fā)生能量交換,從而使材料表面獲得改性。等離子體技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)能、無污染和工藝簡單等特點(diǎn),在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它具有可改善聚合物表面性質(zhì),不改變聚合物母體性質(zhì)的特點(diǎn)。等離子體技術(shù)作為一種新的改性技術(shù)被廣泛應(yīng)用于棉、麻、絲、毛等紡織纖維改性研究,取得了一定的成效。李永強(qiáng),劉今強(qiáng)運(yùn)用D4(八甲基環(huán)四硅氧烷)低溫等離子體對(duì)桑蠶絲纖維進(jìn)行表面改性,有效提高桑蠶絲織物的交織阻力和抗皺性能,改善桑蠶絲織物的柔軟性;并獲得良好的拒水效果。張菁證實(shí)了用等離子對(duì)蠶絲進(jìn)行處理,后又用丙烯酰胺在較低的接枝率(0.1%~1.27%)范圍內(nèi),桑蠶絲織物的彈性回復(fù)角可提高20%~30%。2.1.3蒸汽閃爆技術(shù)關(guān)于蒸汽閃爆技術(shù),人們最初是把它用在植物纖維的高效分離和閃爆制漿上,目前在日本和國內(nèi)有纖維素閃爆改性的研究報(bào)道。蒸汽閃爆這一物理方法可以對(duì)蠶絲進(jìn)行預(yù)處理,改變蠶絲的超分子結(jié)構(gòu)及形態(tài),以得到化學(xué)反應(yīng)性能強(qiáng)、溶解性能好的蠶絲纖維?？沦F珍,王善元等采用蒸汽閃爆技術(shù)對(duì)蠶絲進(jìn)行物理改性,結(jié)果表明經(jīng)蒸汽閃爆處理后,蠶絲表面形態(tài),結(jié)晶結(jié)構(gòu),溶解性能有較大的改變,蠶絲的化學(xué)反應(yīng)性能有了一定的改善,為進(jìn)一步改善蠶絲的服用性能與染色性能尋找到了一條有效的預(yù)處理途徑。2.2蠶絲纖維改性的研究蠶絲纖維的無定形區(qū)中,氨基酸大側(cè)鏈上含有很多活性基團(tuán)可以作為活性反應(yīng)點(diǎn),因此人們一直在尋求各種化學(xué)技術(shù)改善蠶絲。蠶絲纖維的改性還是以化學(xué)改性為主。通過研究蠶絲纖維在鹽、有機(jī)溶劑等溶液中結(jié)構(gòu)和性能的變化情況,合理控制反應(yīng)條件,來實(shí)現(xiàn)對(duì)蠶絲纖維的性能改良。2.2.1常用溶劑及溶劑主要利用蠶絲纖維在鹽、有機(jī)溶劑等溶液中結(jié)構(gòu)和性能的變化情況,合理控制反應(yīng)條件,來實(shí)現(xiàn)對(duì)蠶絲纖維的性能改良。常用的溶劑主要有單寧酸TA、EDTA、溴化鋰、Ag+或Cu2+金屬離子鹽溶液以及氯化鈣或硝酸鈣。王建南,裔洪根等采用吸放濕法和錫酸增重法,研究了真絲纖維在特定條件的氯化鈣、水的二元體系及氯化鈣、水、乙醇的三元體系微溶解過程中的微孔穴變化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:真絲纖維經(jīng)中性氯化鈣溶液微處理后,內(nèi)部空隙明顯增多。2.2.2離子絲膠固著劑主要是利用固著劑將絲膠固著在真絲綢上。例如采用稀土金屬離子絲膠固著劑等,可以將絲膠固著在真絲綢上,改變蠶絲的表面物理和化學(xué)性質(zhì),實(shí)現(xiàn)蠶絲的增重改性。另外由于絲膠的存在使纖維表面變得粗糙,增加交織阻力,改善其制品的性能。2.2.3接枝前后織物的性能對(duì)于蠶絲化學(xué)整理的接枝技術(shù),目前研究較多的接枝單體主要有:乙烯類(丙烯氰、苯乙烯等)、甲基丙烯酸酯類(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸丁酯層合板等)、丙烯酰胺類(甲基丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺、甲基丙烯羥甲基酰胺)等。周春曉,陳國強(qiáng)用甲基丙烯酸十二氟庚酯接枝蠶絲纖維,接枝反應(yīng)主要發(fā)生在蠶絲纖維大分子無定形區(qū)的酪氨酸(TYR)、精氨酸(ARG)、谷氨酸(GLU)等的反應(yīng)性基團(tuán)上,反映出纖維的結(jié)晶區(qū)未破壞,當(dāng)接枝率較高時(shí),纖維有一定損傷。袁愛琳,林鶴鳴等采用TCT(三聚氰氯)對(duì)真絲織物進(jìn)行改性。邢鐵玲,陳國強(qiáng)采用新型乙烯基硅氧烷單體VESI對(duì)家蠶絲接枝改性,證明乙烯基硅氧烷單體可用于家蠶絲的接枝改性,VESI單體依靠物理沉積和化學(xué)鍵作用與纖維牢固結(jié)合,接枝后真絲織物的折皺回復(fù)性有較大提高,手感更為柔軟,且不影響家蠶絲的強(qiáng)度。接枝后家蠶絲的白度和染色性略有下降,染色牢度與未處理真絲織物基本相同。黃晨,王紅等在60Coγ射線輻照條件下以丙烯酰胺為單體對(duì)蠶絲織物進(jìn)行接枝改性。結(jié)果表明:接枝改性后,織物的抗皺性能獲得很大的改善,吸濕性變化不大,斷裂強(qiáng)力和白度稍有下降。伏宏彬研究含有β-乙烯砜硫酸酯基、磺酸基和三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的接枝劑改性后真絲織物的結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行研究,得出纖維表面發(fā)生明顯改變,桑蠶絲纖維的熱穩(wěn)定性提高。施琴芬,關(guān)晉平將己二醇二丙烯酸酯接枝在蠶絲大分子中酪氨酸、絲氨酸、組氨酸和精氨酸的-NH、-OH和-NH-活性基團(tuán)上,反應(yīng)主要在纖維的無定型區(qū)內(nèi)部進(jìn)行,隨著接枝率的不斷增大,其酸堿溶解率也隨之減少,這說明改性蠶絲的分子之間形成了交聯(lián),為進(jìn)一步開發(fā)蠶絲的新材料提供理論依據(jù)。2.2.4納米ti2復(fù)合絲素纖維織物的制備納米尺寸的增強(qiáng)物可在較寬范圍內(nèi)提高材料的性能,而納米ZnO、TiO2在抗菌、紫外線屏蔽、除臭、自清潔、無毒等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。程友剛,陳宇岳等采用平均粒徑53.16nm的納米ZnO分散液對(duì)桑蠶絲進(jìn)行整理加工,處理后的蠶絲纖維縱向表面出現(xiàn)納米ZnO吸附,纖維內(nèi)部構(gòu)象有β化趨勢(shì);經(jīng)整理后的蠶絲織物對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌率分別達(dá)到了94.1%和90.9%。賈長蘭,俞春華等用溶膠凝膠法制備的納米TiO2改性再生蠶絲絲素蛋白復(fù)合膜,生成的納米TiO2無論成膜前后都能均勻地分散在絲素中,其粒徑約為80nm;納米TiO2的加入使得復(fù)合絲素膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)由SilkI向SilkII轉(zhuǎn)化,同時(shí)隨著納米TiO2的加入使復(fù)合絲素膜的熱轉(zhuǎn)變溫度提高。陳建勇,馮新星等用溶膠凝膠法制備納米TiO2改性再生蠶絲絲素蛋白膜,改性絲素膜的溶失率下降、機(jī)械強(qiáng)度提高和熱轉(zhuǎn)變溫度得到改變,性能得到明顯改善。2.3蛛絲和轉(zhuǎn)代絲纖維植入基因技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,為蠶絲的改性提供了一種新的途徑。借助基因技術(shù),蠶絲的改性將取得突破性進(jìn)展。日本信州大學(xué)纖維學(xué)部蠶遺傳研究室正在進(jìn)行家蠶吐蜘蛛絲的研究。通過基因打靶的方法將蠶的絲素基因的外顯子的一部分用蜘蛛絲基因插入或大部分由蜘蛛絲基因代替的結(jié)構(gòu),以改造家蠶的絲素基因,讓蠶吐與蜘蛛絲相類似的絲。我國研究人員利用同源重組改變家蠶絲新蛋白重鏈基因。在家蠶絲新蛋白重鏈基因序列之間插入與綠色熒光蛋白(greenfluorescentGFP)基因與人工合成絲心蛋白樣基因的融合基因,利用電穿孔方法導(dǎo)入蠶卵中,培育出可在紫外燈照射下發(fā)光的亮繭,利用轉(zhuǎn)基因蠶吐高附加值“抗菌絲”。研究人員將棟褐角殺菌遺傳因子植入蠶的染色體中,以獲得能吐出抗菌生絲的家蠶,再利用這種抗菌絲生產(chǎn)出抗菌絲綢。但目前轉(zhuǎn)基因遺傳因子的植入成功率僅為1%。新種蠶吐出的蠶絲殺菌力略顯不足,他們正在考慮利用棟褐角以外的其他生物的遺傳因子進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植入以提高蠶絲的抗菌力。3蠶絲改性研究方法綜上所述,對(duì)蠶絲內(nèi)在的品質(zhì)改造而不影響其原有的屬性和風(fēng)格,依然是絲綢研究者面臨的一個(gè)重要課題。首先,關(guān)于蠶絲的改性,已做了很多工作,但對(duì)蠶絲改性理論方面的研究相對(duì)薄弱。因此,應(yīng)總結(jié)蠶絲纖維大分子在特定條件下的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、晶態(tài)特征、形態(tài)特征等進(jìn)行系統(tǒng)的研究,為蠶絲改性研究提供更多理論