蚕丝纤维的等离子体改性研究

蚕丝纤维的等离子体改性研究

1“纤维调”丝绸是天然的蛋白质纤维。其材料轻优雅，质地柔软，外形美观，吸水性好，深受消费者喜爱。这就是纤维女王。但在穿着、洗涤过程中存在易泛黄、不耐磨、难打理、染色牢度欠佳等弱点,严重困扰着丝绸产业的发展,因此为使丝绸产品更具有竞争力,必须对蚕丝纤维及其制品进行改良。2丝绸纤维及其产品的翻新研究人员对蚕丝纤维的改性已有较长的历史,改性的方法可以分为物理改性、化学改性以及基因技术。2.1表面改性技术2.1.1特殊热处理蚕丝经过某种高温特殊处理后,可以大幅度改善光泽,提高强力和水洗色牢度。周岚,邵建中等研究以温度、张力、助剂等为主要工艺因素的特殊热处理对蚕丝丝素结构和性能的影响,证明:湿热条件下,张力作用能增加蚕丝纤维的取向度和结晶度,从而提高蚕丝的断裂强度和耐洗色牢度;润湿保护剂对蚕丝纤维有良好的润湿膨化作用和一定的高温保护作用,有助于上述处理效果的提高。2.1.2等离子体技术等离子体是正负带电粒子密度相等的导电气体,其中包含离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子,这些高速运动的活性粒子流和材料表面发生能量交换,从而使材料表面获得改性。等离子体技术具有节水、节能、无污染和工艺简单等特点,在现代科学技术各领域得到广泛的应用。它具有可改善聚合物表面性质,不改变聚合物母体性质的特点。等离子体技术作为一种新的改性技术被广泛应用于棉、麻、丝、毛等纺织纤维改性研究,取得了一定的成效。李永强,刘今强运用D4(八甲基环四硅氧烷)低温等离子体对桑蚕丝纤维进行表面改性,有效提高桑蚕丝织物的交织阻力和抗皱性能,改善桑蚕丝织物的柔软性;并获得良好的拒水效果。张菁证实了用等离子对蚕丝进行处理,后又用丙烯酰胺在较低的接枝率(0.1%~1.27%)范围内,桑蚕丝织物的弹性回复角可提高20%~30%。2.1.3蒸汽闪爆技术关于蒸汽闪爆技术,人们最初是把它用在植物纤维的高效分离和闪爆制浆上,目前在日本和国内有纤维素闪爆改性的研究报道。蒸汽闪爆这一物理方法可以对蚕丝进行预处理,改变蚕丝的超分子结构及形态,以得到化学反应性能强、溶解性能好的蚕丝纤维。柯贵珍,王善元等采用蒸汽闪爆技术对蚕丝进行物理改性,结果表明经蒸汽闪爆处理后,蚕丝表面形态,结晶结构,溶解性能有较大的改变,蚕丝的化学反应性能有了一定的改善,为进一步改善蚕丝的服用性能与染色性能寻找到了一条有效的预处理途径。2.2蚕丝纤维改性的研究蚕丝纤维的无定形区中,氨基酸大侧链上含有很多活性基团可以作为活性反应点,因此人们一直在寻求各种化学技术改善蚕丝。蚕丝纤维的改性还是以化学改性为主。通过研究蚕丝纤维在盐、有机溶剂等溶液中结构和性能的变化情况,合理控制反应条件,来实现对蚕丝纤维的性能改良。2.2.1常用溶剂及溶剂主要利用蚕丝纤维在盐、有机溶剂等溶液中结构和性能的变化情况,合理控制反应条件,来实现对蚕丝纤维的性能改良。常用的溶剂主要有单宁酸TA、EDTA、溴化锂、Ag+或Cu2+金属离子盐溶液以及氯化钙或硝酸钙。王建南,裔洪根等采用吸放湿法和锡酸增重法,研究了真丝纤维在特定条件的氯化钙、水的二元体系及氯化钙、水、乙醇的三元体系微溶解过程中的微孔穴变化规律,实验结果表明:真丝纤维经中性氯化钙溶液微处理后,内部空隙明显增多。2.2.2离子丝胶固着剂主要是利用固着剂将丝胶固着在真丝绸上。例如采用稀土金属离子丝胶固着剂等,可以将丝胶固着在真丝绸上,改变蚕丝的表面物理和化学性质,实现蚕丝的增重改性。另外由于丝胶的存在使纤维表面变得粗糙,增加交织阻力,改善其制品的性能。2.2.3接枝前后织物的性能对于蚕丝化学整理的接枝技术,目前研究较多的接枝单体主要有:乙烯类(丙烯氰、苯乙烯等)、甲基丙烯酸酯类(甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯层合板等)、丙烯酰胺类(甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯羟甲基酰胺)等。周春晓,陈国强用甲基丙烯酸十二氟庚酯接枝蚕丝纤维,接枝反应主要发生在蚕丝纤维大分子无定形区的酪氨酸(TYR)、精氨酸(ARG)、谷氨酸(GLU)等的反应性基团上,反映出纤维的结晶区未破坏,当接枝率较高时,纤维有一定损伤。袁爱琳,林鹤鸣等采用TCT(三聚氰氯)对真丝织物进行改性。邢铁玲,陈国强采用新型乙烯基硅氧烷单体VESI对家蚕丝接枝改性,证明乙烯基硅氧烷单体可用于家蚕丝的接枝改性,VESI单体依靠物理沉积和化学键作用与纤维牢固结合,接枝后真丝织物的折皱回复性有较大提高,手感更为柔软,且不影响家蚕丝的强度。接枝后家蚕丝的白度和染色性略有下降,染色牢度与未处理真丝织物基本相同。黄晨,王红等在60Coγ射线辐照条件下以丙烯酰胺为单体对蚕丝织物进行接枝改性。结果表明:接枝改性后,织物的抗皱性能获得很大的改善,吸湿性变化不大,断裂强力和白度稍有下降。伏宏彬研究含有β-乙烯砜硫酸酯基、磺酸基和三嗪环结构的接枝剂改性后真丝织物的结构和热性能进行研究,得出纤维表面发生明显改变,桑蚕丝纤维的热稳定性提高。施琴芬,关晋平将己二醇二丙烯酸酯接枝在蚕丝大分子中酪氨酸、丝氨酸、组氨酸和精氨酸的-NH、-OH和-NH-活性基团上,反应主要在纤维的无定型区内部进行,随着接枝率的不断增大,其酸碱溶解率也随之减少,这说明改性蚕丝的分子之间形成了交联,为进一步开发蚕丝的新材料提供理论依据。2.2.4纳米ti2复合丝素纤维织物的制备纳米尺寸的增强物可在较宽范围内提高材料的性能,而纳米ZnO、TiO2在抗菌、紫外线屏蔽、除臭、自清洁、无毒等优点,具有广阔的应用开发前景。程友刚,陈宇岳等采用平均粒径53.16nm的纳米ZnO分散液对桑蚕丝进行整理加工,处理后的蚕丝纤维纵向表面出现纳米ZnO吸附,纤维内部构象有β化趋势;经整理后的蚕丝织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌率分别达到了94.1%和90.9%。贾长兰,俞春华等用溶胶凝胶法制备的纳米TiO2改性再生蚕丝丝素蛋白复合膜,生成的纳米TiO2无论成膜前后都能均匀地分散在丝素中,其粒径约为80nm;纳米TiO2的加入使得复合丝素膜的结晶结构由SilkI向SilkII转化,同时随着纳米TiO2的加入使复合丝素膜的热转变温度提高。陈建勇,冯新星等用溶胶凝胶法制备纳米TiO2改性再生蚕丝丝素蛋白膜,改性丝素膜的溶失率下降、机械强度提高和热转变温度得到改变,性能得到明显改善。2.3蛛丝和转代丝纤维植入基因技术的出现和发展,为蚕丝的改性提供了一种新的途径。借助基因技术,蚕丝的改性将取得突破性进展。日本信州大学纤维学部蚕遗传研究室正在进行家蚕吐蜘蛛丝的研究。通过基因打靶的方法将蚕的丝素基因的外显子的一部分用蜘蛛丝基因插入或大部分由蜘蛛丝基因代替的结构,以改造家蚕的丝素基因,让蚕吐与蜘蛛丝相类似的丝。我国研究人员利用同源重组改变家蚕丝新蛋白重链基因。在家蚕丝新蛋白重链基因序列之间插入与绿色荧光蛋白(greenfluorescentGFP)基因与人工合成丝心蛋白样基因的融合基因,利用电穿孔方法导入蚕卵中,培育出可在紫外灯照射下发光的亮茧,利用转基因蚕吐高附加值“抗菌丝”。研究人员将栋褐角杀菌遗传因子植入蚕的染色体中,以获得能吐出抗菌生丝的家蚕,再利用这种抗菌丝生产出抗菌丝绸。但目前转基因遗传因子的植入成功率仅为1%。新种蚕吐出的蚕丝杀菌力略显不足,他们正在考虑利用栋褐角以外的其他生物的遗传因子进行转基因植入以提高蚕丝的抗菌力。3蚕丝改性研究方法综上所述,对蚕丝内在的品质改造而不影响其原有的属性和风格,依然是丝绸研究者面临的一个重要课题。首先,关于蚕丝的改性,已做了很多工作,但对蚕丝改性理论方面的研究相对薄弱。因此,应总结蚕丝纤维大分子在特定条件下的聚集态结构、晶态特征、形态特征等进行系统的研究,为蚕丝改性研究提供更多理论