（纺织工程专业论文）机制丝绵洗绵工艺的研究.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文叫 论文作者签名： 导师签名： 家日玺。避e l o 辱陵手日 期：2 盆f 岔：l j 期：土叟f 旦：一l 机制丝绵洗绵工艺的研究 中文摘要 1 机制丝绵洗绵工艺的研究 中文摘要 丝绵产品深受国内外消费者的喜爱，但是现在对丝绵的研究注重于采用高新技术 开发功能性丝绵产品，并没有致力于改变传统的皂碱法洗绵工艺，所以本课题采用精 炼剂法代替皂碱法对丝绵进行了洗绵工艺，以保证洗绵后丝绵的强力，为下一步应用 针刺法生产可裁剪丝绵做准备。 本课题首先对丝绵原料的结构和性能进行了研究，通过对蚕丝皂碱法脱胶前后强 力损失率的分析，发现皂碱法脱胶后丝绵的强力损失较大。并采用电镜实验对蚕丝皂 碱法脱胶前后的纵横截面变化进行了比较，得出皂碱法脱胶后对生丝截面有一定程度 的损伤。再对各种不同的脱胶方法进行了基础实验，进而选择出传统皂碱法洗绵工艺 的正交试验因素和水平进行了正交试验，由正交试验结果确定最佳的皂碱法洗绵工 艺。在皂碱法脱胶的基础上，为了得到最佳的脱胶去油效果且对丝绵强力损伤小的工 艺，本课题在查找资料和结合工厂生产实践的前提下选择了不同种类的丝光皂、精炼 剂、去油剂和柔软剂进行了基础实验，通过目测和手感判断基础实验后丝绵的白度、 光泽、柔软度和手感舒适度选定了去油灵、精炼剂、丝光皂的浓度和种类，进而选定 正交实验的因素和水平，通过正交实验得出最佳的机制丝绵三步法洗绵工艺，并在工 厂应用，验证了实验室实验的正确性。通过对不同工艺生产的丝绵断裂载荷进行正交 实验分析，得出不同的脱胶剂方案对丝绵断裂载荷的影响特别显著，按实验方案得到 的丝绵断裂载荷最佳。最后，通过电镜、红外光谱、x 射线衍射对不同脱胶方法丝绵 的结构进行了比较，得出使用不同方法脱胶后的丝绵纵横截面各不相同、精练法脱胶 后的结构特征比皂碱法脱胶后的丝绵好。结合国家丝绵标准，对丝绵经皂碱法和精炼 剂法脱胶后的丝绵压缩回弹性能、回潮率、p h 值和含油率进行了测定与分析，结果 表明经精炼剂法脱胶后的丝绵各项性能均优于经皂碱法脱胶后的丝绵，符合蚕丝被的 有关国家标准要求。 关键词：丝绵；洗绵工艺；脱胶；皂碱法；精炼剂；断裂载荷 作 者：宁晚娥 指导老师：胡征宇 a b s t r a c t s t u d yo nt h ew a s h i n gm i a np r o c e s so fm e c h a n i s mh o s ss i l k s t u d y o nt h ew a s h i n gm i a np r o c e s so fm e c h a n i s m f l o s ss i l k a b s t r a c t h o s ss i l kp r o d u c t sa lel o v e db yc o n s u m e r sh o m ea n da b r o a d ，b u tn o wt h es t u d yo f f l o s ss i l ko n l yp a y sa t t e n t i o no nt h ed e v e l o p m e n to ff u n c t i o n a lp r o d u c t si nh i g h - t e c ha n d h a sn o td e v o t e dt oc h a n g et h et r a d i t i o n a ls o a p - a l k a l ip r o c e s s s ot h i sp r o j e c tu s e sr e f i n i n g a g e n tm e t h o di n s t e a do fs o a p - a l k a l im e t h o di np r o c e s s ，t oe n s u r et h es t r e n g t ho ff l o s ss i l k a f t e rw a s h i n gm i a ni np r e p a r a t i o nt oa p p l yt h ec u t t i n gf l o s ss i l ki nn e e d l i n g f i r s t ，t h i sp r o j e c tr e s e a r c h e st h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s o fs i l km a t e r i a l s b y a n a l y z i n gs t r e n g t h , l o s sr a t eb e f o r ea n da f t e rs o a p - a l k a l im e t h o dd e g u m m i n g ，w ef o u n d s t r e n g t hl o s so ff l o s ss i l k i s f a i r l yh e a v ya f t e rs o a p - a l k a l im e t h o dd e g u m m i n g o n c o m p a r i s o no f t h ec h a n g eo fv e r t i c a ls e c t i o na n dc r o s ss e c t i o nb e f o r ea n da f t e rs o a p - a l k a l i m e t h o dd e g u m m i n gb ys e m ，w ef o u n dt h a tt h es e c t i o no fr a ws i l kh a si n j u r e dt os o m e d e g r e ea f t e rs o a p - a l k a l id e g u m m i n g a f t e rd o i n gt h ef o u n d a t i o ne x p e r i m e n t so nd i f f e r e n t d e g u m m i n gm e t h o d s ，w es e l e c tt h ef a c t o r sa n dl e v e l so fo r t h o g o n a lt e s t ，a n dd e t e r m i n et h e o p t i m a lw a s h i n gm i a np r o c e s so fs o a p - a l k a l im e t h o dt h r o u g ht h eo r t h o g o n a lt e s tr e s u l t s o nt h eb a s i so fs o a p - a l k a l id e g u m m i n g ，i no r d e rt og e tt h ep r o c e s st h a tp r o d u c e sb e s t r e s u l t so fd e g r e a s i n ga n dc a u s e sl e s sd a m a g et ot h es i l kf l o s s ，w eh a v es e l e c t e dd i f f e r e n t m a r s e i l l e ss o a p ，r e f i n i n ga g e n t ，d e f i n i s ha n ds o f t e n e r so nb a s i so fi n f o r m a t i o ns e a r c ha n d p r o d u c t i o np r a c t i c ei nt h ef a c t o r y w eh a v ec h o s e nt h e i rc o n c e n t r a t i o na n dt y p et h r o u g ht h e j u d g m e n to fw h i t e n e s s ，g l o s s i n e s s ，s o f t n e s sa n dc o m f o r ta n dt h e ns e l e c t e do r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a lf a c t o r sa n dl e v e l s f i n a l l yw eh a v eo b t a i n e dt h eo p t i m u mt h r e e - s t e pw a s h i n g m i a np r o c e s so fs i l kf l o s st h r o u g ht h eo r t h o g o n a lt e s te x p e r i m e n ta n da p p l i e di nt h ef a c t o r y t o v e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h el a b o r a t o r ye x p e r i m e n t s t h r o u g ho r t h o g o n a le x p e r i m e n t a n a l y s i sw ef o u n dt h a td i f f e r e n td e g u m m i n gp r o c e s s e sh a v es i g n i f i c a n te f f e c to nt h e t t s t u d yo nt h ew a s h i n gm i a np m c e s so fm e c h a n i s mf l o s ss i l k a b s t r a c t f r a c t u r el o a do ff l o s ss i l k ，a n dw eh a v eo b t a i n e dt h eb e s to fs i l kf l o s sf r a c t u r el o a d a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t a lp r o g r a m s f i n a l l y ，t h es t r u c t u r eo fs i l kf l o s sa f t e rd i f f e r e n t d e g u m m i n gh a v eb e e nc o m p a r e dw i t hb ys e m ，i n f r a r e ds p e c t r u m ，x - r a yd i f f r a c t i o na n d o b t a i nd i f f e r e n td e g u m m i n gm e t h o d sh a v ed i f f e r e n tc r o s s b a rs e c t i o n s t h es t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c so fr e f i n i n gm e t h o d sf l o s ss i l ka r eb e t t e rt h a ns o a p - a l k a l im e t h o d m e a s u r e a n da n a l y z et h ec o m p r e s s i o nr e s i l i e n c e ，m o i s t u r er e g a i n ，p hv a l u ea n do i lc o n t e n to ff l o s s s i l kc o m b i n i n gw i t hn a t i o n a ls t a n d a r d s r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p e r t i e so f r e f i n i n gm e t h o d a r eb e t t e rt h a ns o a p - a l k a l im e t h o d t h i sf l o s ss i l ki su pt or e l e v a n tn a t i o n a ls t a n d a r d s k e yw o r d s ：f l o s ss i l k ；w a s h i n gm i a np r o c e s s ；d e g u m m i n g ；s o a p - a l k a l im e t h o d ；r e f i n i n g a g e n t ；f r a c t u r el o a d h i w r i t t e n b y ：n n gw a n e s u p e r v i s e db y ：h uz h e n g y u 目录 第l 章绪论1 1 1 论文研究的背景和意义1 1 1 1 国内研究的现状l 1 1 2 本课题研究的意义2 1 2 丝绵脱胶方法的研究概述4 1 2 1 皂法4 1 2 2 碱法4 1 2 3 皂碱法5 1 2 4 酸法5 1 2 5 酶法5 1 2 6 沸水法6 1 3 本课题研究的目的和内容。6 第2 章蚕丝结构与性质的研究8 2 1 蚕丝的组成。8 2 2 蚕丝的结构与性质8 2 2 1 蚕丝的微细结构与性质。8 2 2 2 蚕丝丝胶的结构与性质1 0 2 2 3 蚕丝丝素的结构与性质1 3 2 3 本章小结1 5 第3 章丝绵皂碱法洗绵工艺研究1 6 3 1 实验仪器与材料的准备1 6 3 2 实验方法1 6 3 3 实验结果与分析1 7 3 3 1 正交试验结果与分析1 7 3 - 3 2 苦味酸胭脂红显色实验结果与分析2 3 3 4 本章结论2 5 第4 章精炼剂在丝绵洗绵工艺中的应用2 7 4 1 实验仪器、药品与材料的准备2 9 4 2 实验方法与步骤2 9 4 3 正交实验设计3 0 4 4 正交实验结果与分析3 1 4 5 工厂大样结果与分析3 5 4 6 本章小结3 7 第5 章不同脱胶方法丝绵结构与性能研究3 8 5 1 丝绵结构的研究3 8 5 1 1 丝绵的电镜分析。3 8 5 1 2 丝绵的红外光谱分析4 1 5 1 3 丝绵的x 一射线衍射曲线分析4 2 5 2 丝绵性能的研究4 3 。 5 2 1 丝绵压缩回弹性的测定与结果分析4 3 5 2 2 丝绵回潮率的测定与结果分析4 6 5 2 3 丝绵p h 值的测定与结果分析4 8 5 2 4 丝绵含油率的测定与结果分析4 9 5 3 本章小结5 0 第6 章总结5 2 6 1 本论文总结5 2 6 2 本论文的贡献与创新5 3 6 3 本课题的展望5 3 参考文献一5 4 攻读学位期间公开发表论文5 7 致谢。5 8 机制丝绵洗绵工艺的研究第1 章绪论 第1 章绪论 丝绵以天然蚕丝纤维为原料，根据加工工艺的不同可分为手工丝绵和机制丝绵两 种，具有轻柔、保暖性好、弹性良好的独特优点，制成衣、被是高档保健服饰1 1 。由 丝绵片缝制而成的丝绵被对人体皮肤及心血管有保健功效，能促进睡眠，防螨、抗菌、 抗过敏、亲肤，预防风湿症、关节炎及皮肤病，更以轻软、舒适、保温性和恒温性好 的特点深受国内外消费者的喜爱，它也是我国传统丝绸产品的重要出口商品。随着世 界经济的不断发展和人们生活水平的同益提高，越来越多的消费者青睐使用集保暖与 保健功能为一体的丝绵产品f 2 - 3 。 1 1 论文研究的背景和意义 1 1 1 国内研究的现状 鉴于丝绵产品所能获得的经济效益和它越来越受到国内外消费者的青睐，目前有 关人士对丝绵的研究越来越多，概括起来主要有以下一些。 2 0 0 3 年储呈平等1 2 采用茧丝膨化煮茧技术将蚕茧脱胶，并对丝绵进行特殊的柔 软、膨松加工，研制与开发出了新型多功能丝绵被，改善了其回弹性、柔软性和膨松 性。并对丝绵被进行多功能整理，赋予其抗菌、促进人体循环、持久芳香和保健卫生 功能。 2 0 0 4 年黄宇艳等1 4 1 提出开发高弹性丝绵被可将蚕茧先经真空渗透，然后加入膨化 剂煮茧使茧丝膨化，最后将丝绵片用有机硅柔软剂整理，可使丝绵纤维充分分散、滑 爽、蓬松，回弹性增加，这样可有效地防止纤维粘并，长久使用丝纤维间不会发生缠 结、粘连，具有免翻拆功能，也可使丝绵被实现真空包装。这种处理后的高弹性丝绵 被对提高丝绵内在质量起着重要作用，同时丝绵被的服用性能也有了很大改善。 2 0 0 5 年盛家镛等【5 1 对丝绵被进行抗菌防臭、负离子远红外、芳香、吸湿透气性后 整理加工技术，开发出了多功能保健丝绵被。使丝绵被具有抗菌防臭、促进人体血液 微循环、持久释放芳香味、吸湿透气等功能。 2 0 0 5 年盛家镛掣6 】采用高新技术和新工艺生产弹性膨松丝绵被可使丝绵胎中丝 纤维充分分散、滑爽、柔软、蓬松，回弹性增加，可有效防止丝纤维粘并、缠结，这 第1 章绪论机制丝绵洗绵工艺的研究 种新型丝绵被即使长期使用纤维亦不会粘并和缠结，丝绵被弹性、柔软性和保暖性亦 不会随之下降，有免翻拆功能，提高了丝绵被的内在质量，提升了产品的档次。同时 还可以使丝绵被实现真空包装，由于产品包装体积缩小，携带运输方便。 2 0 0 6 年浙江大学冯志红等【7 1 对不同质量分数碱液处理后的丝绵纤维进行了拉伸 处理，分析碱液质量分数和拉伸处理对丝绵纤维力学性能的影响，以提高纤维的强伸 度和结晶性等性能。发现用1 碱液处理的丝绵纤维的相对断裂伸长率最高，而单位 纤度强力差异不显著；根据红外光谱分析，纯碱处理后的丝绵纤维p 折叠结构信息主 要是酰胺i i 、酰胺i 和酰胺v 的变化。 2 0 0 6 年盛家镛等【8 1 采用微胶囊整理技术对丝绵被进行芳香后整理，生产香囊蚕丝 被时采用2 5 微胶囊香精、低温胶粘剂，3 8 丝绵柔软剂并用水稀释配制 成乳液，将丝绵浸渍一定时间后离心脱水，6 5 8 0 下烘干至含水率1 6 - 2 0 ， 再经自然干燥，最后将丝绵手工扯松加工整理成丝绵被。丝绵经芳香整理后增重率在 3 5 以上，这为香囊蚕丝绵降低生产成本创造了有利条件。香囊丝绵的香味耐久性可 维持二年以上，且能保持丝绵原有柔软度、白度、回弹性、膨松性的优良服用性能不 受影响。 2 0 0 7 年冯志红等【9 】采用碱液、超高温和自制柔软剂处理研制高弹高保暖丝绵，结 果发现碱液浓度、超高温处理时间和柔软剂处理时间对丝绵的回弹率没有显著影响。 而柔软剂对弹性压缩率和含油率均有显著影响。超高温蒸汽处理有利于增加丝绵的弹 性和蓬松性。 2 0 0 7 年席星航等【1o 】将丝绵纤维进行有限溶胀，采用多种丝胶固定剂固胶软化、 漂白等工艺过程处理，得到的丝绵在稀酸、稀碱溶液中其丝胶基本不溶，即使沸煮凉 干后也不会板结。经中国纤维检验局检测，完全符合绿色生态制品标准。 由以上丝绵的国内研究现状可以看出，目前对丝绵的研究大都注重于功能性丝绵 产品的开发，而对丝绵的生产工艺研究很少，尤其是蛹衬丝绵去油的方法，还需要进 一步研究丝绵的洗绵工艺。 1 1 2 本课题研究的意义 丝绵被是我国丝绸重要的出口产品，它轻柔舒适、贴身透气、有良好的保暖性和 恒温性，对人体具有保健养颜功效，深受国内外消费者青睐。将丝绵被与羽绒被、羊 2 图1 - 1 各种被子的服用综合指数 丝绵被不仅具有优良的服用性能，在价格上也有相当的优势。目前市场上生丝、 桑蚕丝绵、双宫丝绵、蛹衬丝绵每吨的利润分别约为- 4 4 、2 5 。5 5 、4 5 。6 5 、5 5 万 元。从上面所列国内的研究现状可以看出，目前对丝绵研究较多的是采用高新技术进 行功能性丝绵产品的开发，而很少从改变工艺的角度来提高丝绵产品的质量，基于这 种研究上的空缺，且丝绵生产具有丰厚的利润，因此研究丝绵的洗绵工艺成为迫切的 需要。 丝绵是用各类下脚蚕茧和缫丝中途落绪后不能继续缫丝的厚皮茧( 又称汤茧) 、 蛹衬等的茧层加工成的薄片绵张。丝绵的加工方法有两种，一种是手扯，主要是双宫 茧和没有缫过丝的原料茧；一种是机打，包括已缫过丝的各类原料茧【l l 】。手工扯制丝 绵的工艺流程是：前处理_ 蒸煮茧一漂洗一扯绵一干燥。机打丝绵的工艺流程为：打 绵一洗绵一脱水_ 撑绵叶烘干( 半成品绵片) 一拉绵_ 绵片一缝纫( 丝绵被) 。 手工扯制的丝绵由于不完全脱胶，在使用一段时间后，随着丝纤维对汗气的吸湿 第1 章绪论 机制丝绵洗绵工艺的研究 作用，其纤维体积逐步缩小，包容的空气也逐渐减少，依附丝素上的丝胶在湿热条件 下板结发黄发硬。放湿时，由于丝胶板结的作用，弹性下降，使得丝绵吸湿性、透气 性和保暖性均下降，影响其使用效果u o l 。为了使丝纤维分散并蓬松，重新恢复轻软舒 适和保暖性好的特点，需要经常拆扯松丝绵胎，非常累人，这给使用者带来极大的不 便。而传统的机制丝绵采用皂碱法，因为碱对丝纤维有损伤，使得丝纤维强力下降， 内在质量遭到破坏，易拉断。鉴于手扯丝绵和传统的机制丝绵存在以上的缺陷，与现 有的茧丝绸产业经济发展的趋势不吻合，必须采用新工艺将传统工艺更新换代，进而 开发出丝绵被的新品，以提高丝绵被内在质量，并推动国内外市场，开拓扩大丝绵被 的消费量。 为了克服传统丝绵被的缺陷，迎合市场的需求，本课题在研究传统皂碱法洗绵工 艺的基础上，采用了精炼剂脱胶工艺，力求不损伤纤维的强力，为下一步做可裁剪丝 绵做准备。 1 2 丝绵脱胶方法的研究概述 蚕丝是一种天然蛋白质纤维，由丝胶和丝素组成，而丝胶的含量会影响蚕丝的 光泽和手感以及丝纤维的后加工工艺，所以在蚕丝纤维后加工时，必须除去丝胶【1 2 1 。 而丝绵的原料是蚕丝，所以丝绵的加工工艺包括脱胶，而蚕丝的脱胶方法同样适用于 丝绵的脱胶，主要包括皂法、碱法、皂碱法、酸法、酶法、沸水法。现简单介绍如下。 1 2 1 皂法 肥皂具有表面活性性质，能减小溶液中介质问界面张力，有助于脱胶均匀。同 时还有乳化作用，能去除丝纤维上的油脂i 但用一般的皂脱胶时，脱胶能力较弱，脱 胶效果不理想，标准脱胶所使用的皂是马赛皂，由于其是由橄榄油制备而成的，来源 有限，需要进口，价格昂贵，只为实验使用，没有实际工业生产价值【1 3 】。所以一般很 少单独使用皂法。 1 2 2 碱法 因为丝胶蛋白质偏酸性，所以，丝胶在碱性溶液中吸收碱而膨化溶解，并水解成 可溶性的氨基酸盐，同时碱也能使纤维上的油脂皂化、中和成脂肪酸。所以，碱精练 既可脱胶，又可除去油脂。此外碱精练作用强、时间短、成本较低。但若工艺上处理 不当，容易损伤丝素，降低丝纤维的强伸度。碱精练温度一般控制在9 5 9 8 c ，p h 4 机制丝绵洗绵工艺的研究 第l 章绪论 值在9 1 0 左右。生产中常用的碱有n a 2 c 0 3 、n a o h 、n a 3 p 0 4 、n a h c 0 3 等1 4 1 6 1 。 1 2 3 皂碱法 肥皂是一种高级脂肪酸的盐类，水解时可生成游离碱。由于肥皂这一特性，常把 它和碱一起用于精练，当精练溶液p h 值降低时，由肥皂分解出的游离碱可起缓冲作 用，便于控制精练液的p h 值。肥皂具有表面活性性质，能减小溶液中介质问界面张 力，而有助于脱胶均匀。同时肥皂还有乳化作用，能去除丝纤维上的油脂。皂碱精练 是一种传统的蚕丝脱胶方法，也是生产中主要的精练方法，它主要是使丝胶溶胀后再 去除。皂碱精练后得到的丝纤维，其手感柔软滑爽，富有弹性，光泽好。但精练时间 长，不适用于平幅精练，且肥皂对蚕丝的吸附性强，难以用水洗去。在蚕丝纤维中残 留的肥皂因系脂肪酸的钠盐，随时间延长易于泛黄脆化，与空气中的酸性气体反应会 产生拒水性，导致难以染色和泛黄 1 7 - 1 8 】。 1 2 4 酸法 蚕丝的主要成分是蛋白质，丝胶在酸性溶液中能水解成氨基酸，且蚕丝在酸性条 件下处理较为安全。此外酸对油脂无乳化作用，对于茧类原料初练用酸，复练用皂碱， 可以避免蛹体中蛹油渗出而染污茧层，也不易生成钙镁皂，精练后纤维强力好，纤维 长，制成率高。但这些酸不具有针对性，它们对丝胶和丝素都有强烈的作用，使得对 脱胶过程的控制十分困难，精练时不能除去油脂、杂质，成本较高，其精练后色泽也 不太理想，而且生产中有挥发性刺激气味，损伤皮肤、衣服和设备，因此生产中极少 使用1 9 1 。也有人提出使用有机酸一酒石酸作为胶脱剂，但是脱胶时间要2 h ，脱胶速度 极为缓慢，而且酒石酸易为丝素所吸附，极难除尽，残留量高达5 ，严重影响丝素 的利用 2 0 1 。 1 2 5 酶法 酶精练是使丝胶溶胀后，蛋白酶对丝胶蛋白质催化水解而除去。生物酶是一种无 毒、无害、环境友好的生物催化剂，用于纺织工业具有很大的优越性，处理时需要的 条件( 温度、p h 值等) 较温和；酶用量少，且反应后释放的酶可继续催化另一反应：处 理产生的废水可生物降解，因此减少了污染，节约了能源。蚕丝经酶脱胶后，丝纤维 表面光洁、透明，而且有很强的丝鸣感。加之蛋白酶反应的专一性，这种酶处理对蚕 丝的损伤很小，其精练质量优于皂碱法 2 1 - 2 3 】。但是酶法脱胶一般不少于8 h ，而且对乳 化剂的要求也颇为苛刻，有报道，用酶脱胶酶耗1 0 ，脱胶1 9 2 h 仍不完全瞄1 。 第1 章绪论机制丝绵洗绵工艺的研究 1 2 6 沸水法 沸水法脱胶，要求高温、长时f - - j t 2 5 1 。另外高温高压水的脱胶率最高，并且脱胶彻 底，无化学品的引入，是获得纯净的丝素、丝胶的理想方法。但是高温高压水脱胶对 设备的要求高，而且能耗大厕。 1 3 本课题研究的目的和内容 通过查找资料发现，目前对丝绵的研究注重于通过采用高新技术开发功能性丝绵 产品，而疏于对丝绵洗绵工艺的研究。而且由前文可知，手工丝绵使用后易板结，且 板结后丝绵弹性下降、吸湿性、透气性和保暖性均下降。而用传统工艺脱胶的丝绵由 于碱的用量大，对丝绵的强力有一定程度的损伤。为了保持丝绵保暖、轻柔、弹性良 好等独特优点，又不损伤丝纤维的强力，现采用炼染厂精炼剂脱胶工艺对丝绵进行脱 胶去油，并优选出柔软剂对其进行柔软，力求使得到的丝绵洁白不板结、膨松柔软、 弹性好。最终达到提高丝绵被品位，扩大内外需求，提高竞争力的目的。基于以上的 目的，本课题的研究内容大致如下： ( 1 ) 丝绵的原料是蚕丝，因而蚕丝的性质对丝绵工艺的影响很大，所以首先对 蚕丝的组成、基本结构和性质进行了一些分析。然后通过电镜实验对碱法脱胶前后蚕 丝丝胶和丝素的结构及性质进行了研究，以便能在对其结构和性质了解的基础上选择 出最佳的脱胶去油工艺。 ( 2 ) 用各种皂碱法对丝绵进行基础性单因素脱胶试验，通过对丝胶溶失率和断 裂载荷的比较分析，得出脱胶效果相对较好的方法。接着在对基础性实验进行综合分 析之后选定正交试验的因素和水平进行正交实验，并对正交实验结果进行分析；选出 最佳的皂碱法脱胶去油工艺。 ( 3 ) 由于皂碱法损伤纤维的强力，所以通过筛选选择去油灵和炼染厂精炼剂来 代替碱对丝绵进行去油脱胶。经查找资料和根据丝绵标准通过外观、手感判断基础实 验的结果后选定正交实验的因素和水平，通过对精炼剂法脱胶后的丝绵强力进行正交 分析，并对丝胶溶失率进行方差分析，选出最佳的精炼剂脱胶去油工艺。然后经工厂 生产验证实验室实验的正确性，为下一步做可裁剪丝绵做准备。 ( 4 ) 采用电镜、红外光谱和x 衍射曲线对各种不同脱胶方法的丝绵结构影响进 行研究，同时测定丝绵的压缩回弹性、回潮率、p h 值和含油率，得出经皂碱法和炼 6 机制丝绵洗绵工艺的研究 第1 章绪论 染厂精炼剂脱胶后丝绵的结构和性能结果。 7 第2 章蚕丝结构与性质的研究机制丝绵洗绵工艺的研究 第2 章蚕丝结构与性质的研究 丝绵的原料是蚕丝，因此蚕丝的结构与性质对丝绵的生产工艺有较大的影响，所 以先对蚕丝的结构和性质进行研究，以便接下来对丝绵的生产工艺进行研究。以下是 对蚕丝基本组成和结构及性能进行的一些研究。 2 1 蚕丝的组成 蚕丝主要是由丝素和丝胶组成的，丝素和丝胶的含量因蚕丝种类不同而异，通常 丝素约占7 4 ，丝胶约占2 4 。除此之外还有一些其他物质，如脂肪及蜡质、色素 及无机物等。但这些成分的含量很少，是蚕丝的次要成分，并且这些次要成分大部分 分布在丝胶中，图2 1 是蚕丝的主要组成成分 2 7 1 。 脂 缝胶。 图2 - 1 蚕丝的主要组成成分 ，7 4 2 2 蚕丝的结构与性质 2 2 1 蚕丝的微细结构与性质 蚕丝是天然蛋白质纤维的一种，作为纺织纤维已有五千多年的历史，属于高档丝 织原料。它具有其他纤维所不能比拟的优雅光泽，柔软的手感，优良的吸湿性、保暖 性以及良好的服用性能。蚕丝由蚕体内绢丝腺分泌出的丝液凝固成的两根单丝粘合而 机制丝绵洗绵工艺的研究第2 章蚕丝结构与性质的研究 成，每根单丝的中间为丝素，外围为丝胶，丝素纤维的截面形状近似于三角形，其截 面积约为8 0 微米2 。把根丝素纤维用碱液膨润后再用玻璃棒摩擦，则有5 0 1 0 0 根 细纤维分裂开来，其直径平均约为1 微米。还可将细纤维研碎，用电子显微镜观察， 看到更微小的、平均粗细为l o 纳米( 1 纳米= 1 0 母m ) 的极细的微纤维。细纤维是微 纤维的集合体，在微纤维之间存在着微细的间隙。这些微纤维由更小的蛋白质大分子 所构成。而丝胶的构造是由三层或四层溶解性不同的丝胶组成。蚕丝的微细结构如图 2 - 2 所示【冽。图2 - 3 则为单根茧丝采用扫描电子显微镜放大2 0 0 0 倍后纤维的表面形态。 从图2 - 3 可以看出茧丝由两根单丝粘合而成，每根单丝的中间为丝素，外面为丝胶， 与图2 - 2 的茧丝微细结构模型有相似之处，但是由图2 - 3 还可以看出在两根单丝的粘 合之处有凹槽出现，且在丝素中间有孔洞出现。 ( a ) ( b )( c )( d )( e ) ( a ) 茧丝( b ) 丝胶的层状结构( c ) 丝素纤维( 细纤维束) ( d ) 一条细纤维( 微纤维的集合体) ( e ) 结晶构造( 结晶部分和非结晶部分) 图2 - 2 茧丝微细构造示意图 图2 3 单根茧丝截面形态 9 第2 章蚕丝结构与性质的研究 机制丝绵洗绵工艺的研究 2 2 2 蚕丝丝胶的结构与性质 。 丝胶是一种球状蛋白，蚕丝中丝胶蛋白的横断面为一同心圆的层状结构。丝胶的 二级结构以无规卷曲为主，并含有部分1 3 构象，几乎不含a 螺旋结构。根据资料表明， 一粒茧的中、内、外含胶率是不同的，从外至内丝胶含量有递减的趋势，一般最外层 丝胶含量约3 0 ，最内层丝胶含量约1 5 。但外层丝胶在环境条件特别是湿度的影 响下，部分无规卷曲能向1 3 结构发生不可逆转化【2 9 弓o 】。 丝胶蛋白是一种高分子量的球状蛋白，分子定向整列度低，空间结构松散且无序， 丝胶蛋白链上有许多侧链较长的氨基酸，且多肽链的表面有多达8 0 的极性氨基酸亲 水基团3 1 。3 2 】，以上结构使得丝胶具有较好的水溶性，而且容易受到化学试剂及酶的作 用，故易溶于水、稀酸和稀碱，并能被蛋白酶等水解【3 3 1 。丝胶蛋白的脱胶有水解和溶 解两种形式，茧丝中的丝胶在冷水中能吸水膨润，在热水中能逐步溶解，而热水溶出 茧丝丝胶蛋白的层状结构是由于丝胶蛋白分子量被降解所致刚。其脱胶的过程又分为 两部分，首先是丝胶蛋白的溶胀变性，然后是丝胶蛋白分子分散于水或溶于水中的过 程，即将大的蛋白分子破坏成容易分散或易溶于热水的较小部分【3 5 弓6 】。因为人体会散 发水分和热量，而丝胶在湿热条件下板结发黄发硬，所以丝绵被在使用一段时间后易 板结，使得丝纤维间固着空气减少，其吸湿性、透气性和保暖性下降。此外丝胶还具 有优良的保湿性、成膜性、肌肤接触的优良感觉、络氨酸酶活性阻碍效果、高氧化性 能等等。 为了对茧丝脱胶前后丝胶纤维表面形态的变化有所了解，取茧丝切片后，采用日 本日立公司s - 5 7 0 型扫描电子显微镜放大3 0 0 0 倍，观察纤维的表面形态。其中图2 _ 4 是未经任何处理后的茧丝切片的电镜图像。图2 - 5 和图2 - 6 中的茧丝切片是通过以下 的实验过程得到的：即取一定量的茧丝分别置于温度1 0 0 、浴比1 ：1 0 0 的0 0 5 9 l 和5 9 l 的n a 2 c 0 3 溶液中进行脱胶，煮6 0 m i n 后取出，换液后保持同样条件重复煮沸 1 次，共煮1 2 0 m i n ，用4 0 1 2 左右的去离子水反复洗涤后，置于烘箱中烘干，用烘干 后的茧丝做成切片。图2 - 7 的切片是取未脱胶的茧丝用y 7 4 1 型复丝强力仪经拉伸后 做成的。图2 - 4 即为未脱胶茧丝的横截面，从中可以看出茧丝的横截面光滑平整呈近 三角形，且每根茧丝都由两根单丝粘合而成，每根单丝的中间为丝素，外围为丝胶， 胶体明显表露在外层，丝素与丝胶之间排列紧密，但是此种丝绵易产生板结。图2 - 5 1 0 机制丝绵洗绵工艺的研究 第2 章蚕丝结构与性质的研究 为高浓度碱法( n a 2 c 0 3 浓度为5 9 l ) 脱胶后的茧丝横截面，从中可以看出，留! 高浓 度碱法脱胶之后的生丝纤维发生断裂，丝胶与丝素之间有许多空隙，排列疏松，截面 粗糙有许多的孔洞。丝素里面出现孔洞，说明丝素里面有可能含有丝胶，脱胶后丝胶 溶失产生缝隙。以往的研究均认为丝素和丝胶是决然分开的，但是从脱胶后丝素截面 里存在孔洞表明，生丝可能不会像原有丝胶分布状态图的模型那样，丝胶与丝素是决 然分开的。图2 - 6 为适量碱法( n a 2 c 0 3 浓度0 0 5 9 l ) 脱胶茧丝横截面，从中已经看 不到外层茧丝，说明外层茧丝已经全部溶失，由于只有脱胶过度丝素截面里才有孔洞， 适度脱胶生丝截面是平整的。所以用碱脱胶时要控制好度，即只脱去纤维外的丝胶， 而保留纤维间的丝胶不脱去，这样即可以保持丝绵的优良性能，也可以使其不板结， 且保留适量的丝胶可以增加丝绵的重量，从而增加丝绵生产厂家的经济效益。2 - 7 为 未脱胶茧丝经拉伸后的横截面，从中可以看出丝素里面也有孔隙出现，说明纤维之间 是由胶体粘合而成，由于拉伸后胶体断裂产生缝隙。由此可见，高浓度碱液脱胶会使 得纤维集合体分裂，受外力作用时会产生各个击破性质的断裂，断裂伸长减弱。 图2 4 未脱胶茧丝横截面图2 - 5 高浓度碱法脱胶后的茧丝横截面 图2 - 6 适量碱法脱胶后的茧丝横截面图2 - 7 经拉伸后的茧丝横截面 第2 章蚕丝结构与性质的研究机制丝绵洗绵工艺的研究 图2 - 8 、图2 - 9 分别为未脱胶生丝纵截面和碱法脱胶生丝纵截面，其中碱法脱胶 生丝中的茧丝切片是通过以下实验过程得到的：即取一定量的茧丝置于温度1 0 0 、 浴比l ：1 0 0 的0 0 5 9 l 的n a 2 c 0 3 溶液中进行脱胶，煮6 0 m i n 后取出，换液后保持同 样条件重复煮沸1 次，共煮1 2 0 m i n ，用4 0 左右的去离子水反复洗涤后，置于烘箱 中烘干，用烘干后的茧丝做成切片。通过比较分析得出，脱胶前的生丝表面存在明显 的丝胶斑，组成了许多或深或浅的纵条纹，碱脱胶后纵条纹消失，呈现出许多斑点( 真 丝的光泽是否是由这些斑点形成有待研究) 。就整体而言，碱法脱胶后生丝表面比未 脱胶前看起来平整。 图2 - - 8 未脱胶生丝纵向图2 - 9 碱法脱胶生丝纵向 为了对茧丝在碱溶液下的脱胶率有定量的分析，下面特对茧丝进行缫丝后测定其 脱胶前后茧丝的质量变化，并计算其百回丝胶溶失率。下表2 - 1 是用若干白色茧子真 空渗透之后，挑选出其中的5 颗茧子分别进行缫丝至第7 百回，然后用0 o s g t , 的 n a 2 c 0 3 溶液脱胶9 0 m i n ，再用4 0 。c 左右的去离子水反复洗涤后，置于烘箱中烘干。 其中丝胶溶失率按公式( 2 1 ) 计算得到： 丝胶溶失率( ) = 堕堕堕堇篓三霎三擘孥垂塑1 0 0 ( 2 1 ) 脱胶前茧丝干重 表2 1 百回茧丝丝胶溶失率( ) 数据表 第1 百第2 百第3 百第4 百第5 百第6 百 第7 百 平均值 总均 回回回回回回回值 2 6 0 8 2 6 5 32 4 7 8 2 3 8 92 6 4 4 2 2 1 6 2 1 0 52 4 4 2 2 9 1 9 2 7 2 22 5 1 4 2 3 3 6 2 4 7 82 2 9 51 8 6 0 2 4 4 6 茧丝 2 6 7 62 5 4 1 2 4 2 82 4 1 9 2 2 4 92 1 9 42 0 1 62 3 6 0 脱胶 室 2 5 9 82 5 2 52 4 3 32 3 5 52 2 5 92 2 5 52 0 8 92 3 5 9 2 7 3 3 2 6 2 4 2 4 5 1 2 3 7 6 2 3 3 52 2 6 42 0 1 12 3 9 92 4 0 2 1 2 机制丝绵洗绵工艺的研究第2 章蚕丝结构与性质的研究 从表2 1 可以看出，茧丝的脱胶率平均值为2 4 0 2 ，由前面茧丝的组成可知茧 丝中丝胶的含量约为2 4 可知丝胶已脱尽。 2 2 3 蚕丝丝素的结构与性质 丝素蛋白是一种纤维状蛋白，主要由侧链较小的甘、丙、丝氨酸组成，断面呈不 规则圆形，由结晶纤维及非结晶纤维分子聚合体沿轴向交替串联的巨原纤维紧密集束 而成。丝素蛋白构象主要有a 一螺旋、b 一折叠和无规卷曲。a 一螺旋靠疏水作用和 分子内氢键维持构象的稳定，p 一折叠的形成主要是邻近反平行的丝素蛋白分子间形 成排布规则的氢键，而无规卷曲借助分子内和分子间的氢键维持其构象【3 7 1 。丝素蛋白 以反平行折叠链构象( p s h e e 0 为主要特征。丝素蛋白的聚集态结构被认为由结晶态 和无定形态两大部分组成，结晶度一般在5 0 - 6 0 左右【3 羽。丝素存在多层次结构， 里层结晶区的比例较高，表层无定形区的比例较高【3 9 1 。 丝素蛋白具有多孔性和较高的吸水回潮率，不溶于水，可溶于高浓度的某些无机 盐。丝素蛋白分子中因含酚烃基及其他结构，易吸收紫外光而变性。随着照射时间的 增加，丝素蛋白泛黄程度也增加，特别是在有水的环境下，泛黄程度加剧。丝素在酸、 碱、酶等作用下，可以降解为分子量较小的中间产物，甚至各种氨基酸。 为了对茧丝在碱溶液下的强度损失率有定量的分析，下面特对茧丝进行缫丝后测 定其脱胶前后强力的变化，并计算其百回强度损失率。下表2 - 1 是用若干白色茧子真