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人发蛋白液对氧化棉织物的防紫外线整理

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人发蛋白液对氧化棉织物的防紫外线整理

时间:2016/5/10 10:02:06来源: 作者:
人发蛋白因含有芳香族氨基酸而对紫外光具有良好的吸收性能口],且人发蛋白分子上的氨基能与氧化棉织物上的醛基发生共价交联反应[4],故本试验采用自制的人发蛋白液对氧化棉织物进行防紫线外线整理,研究人发蛋白氧化棉织物的制备工艺、防紫外线性能及其耐洗牢度,希望为废弃人发的回收利用和功能化蛋白质棉织物的制备提供参考依据。

近年来,将废弃羊毛溶解制成蛋白质溶液用于纺织品的功能整理已成为热门研究课题,但鲜有废弃人发的相关研究。人发同羊毛一样,也是一种高分子角蛋白质纤维,其角质化蛋白含量约占人发总质量的65%~95%[1]。虽然人发蛋白的氨基酸组成与羊毛蛋白略有差异,但两者的性能相似n]。由于我国人口众多,每年都有几十吨的人发渣,因此人发蛋白资源十分丰富。
人发蛋白因含有芳香族氨基酸而对紫外光具有良好的吸收性能口],且人发蛋白分子上的氨基能与氧化棉织物上的醛基发生共价交联反应[4],故本试验采用自制的人发蛋白液对氧化棉织物进行防紫线外线整理,研究人发蛋白氧化棉织物的制备工艺、防紫外线性能及其耐洗牢度,希望为废弃人发的回收利用和功能化蛋白质棉织物的制备提供参考依据。

1 试验部分
1.1材料与仪器
材料:废弃人发,理发店随机取样;纯棉漂白平纹织物,经纬纱均为14.75 rex纱,经密524根/io cm,纬密284根/io cm,单位面积质量120 g/m2,潍坊齐荣纺织印染有限公司生产;亚硫酸钠、氢氧化钠、十二烷基硫酸钠、高碘酸钠、丙三醇,均为分析纯试剂。
仪器:BSll0S型天平,北京赛多利斯天平有限公司;TU一1901型紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;TM3000型扫描电子显微镜,日本Et立公司;Nicolet5700型傅里叶变换红外光谱仪,美国热电科技仪器有限公司。
1.2试验方法
1.2.1人发蛋白液的制备
将人发洗净烘干后剪成2 mm~5 mm的碎发段,配制亚硫酸钠25 g/I。、氢氧化钠6 g/I。、十二烷基硫酸钠10 g/L的混合溶液,按1;15的浴比放人剪碎人发,在80℃水浴中振荡反应3 h,抽滤,制得人发蛋白液。
1.2.2氧化棉织物的制备
将棉织物放人棕色锥形瓶中,按1:50的浴
=比加入15 g/I。的高碘酸钠溶液,在40℃水浴中避光振荡反应2 h;将反应后的棉织物置于lO g/L的丙=三醇溶液中浸泡30 rain,用去离子水充分洗涤,自然晾干,制得氧化棉织物I s]。
I.2.3人发蛋白棉织物的制备
将氧化棉织物按1:30的浴比放入一定浓度和pH值的人发蛋白整理液中,在不同温度的水浴中振荡反应一定时间,取出后于80℃烘干,再充分洗涤,自然晾干,制得人发蛋白棉织物。
I.3性能测试按照GB/T 18830--2009《纺织品防紫外线性能的评定》测试试样紫外光谱透射比,扫描范围280 nm~400 nm,数据点间隔l nm。按公式(1)计算试样UVA透射比的平均值,按公式(2)计算试样UVB透射比的平均值,按公式(3)计算试样钓UPF o
式中:Ti(A)表示试样i在波长A时的光谱透射比,优和是分别表示315 Flm~400 nlTl之间和280 nm~315 nm之间各自的测定次数,E(a)表示日光光谱辐照度(W·m-2·nm-1);£(A)表不相对的红斑效应;△A表示290 nm~400 nm之间测定的波长间隔(nm)。
利用TM3000型扫描电子显微镜观察试样的微观形态结构。测试方法:用双面胶将试样固定在铜制样品台上,喷金后置于载物台上观察。利用Nicolet5700型傅里叶变换红外光谱仪,采用溴化钾压片法,测试试样的红外光谱曲线,扫描范围400 cm叫~4 000 cm~,数据点间隔1。928 cm。
按照GB/T 3921.1~1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度:试验1》,将人发蛋白棉织物洗涤不同次数后测定防紫外线性能以判定其耐洗牢度。洗涤条件:皂液浓度5 g/L,浴比1:30,洗涤温度40℃,洗涤时间15 min/次,待试样干燥平衡后测定相关指标。

2结果与讨论
2.1人发蛋白浓度的影响
人发蛋白浓度(pH值6,时间2 h,温度50’C)对人发蛋白棉织物防紫外线性能的影响见表1。
由表1可知:在一定范围内,人发蛋白棉织物的防紫外线性能随人发蛋白浓度的增加而提高。这是因为人发蛋白浓度的增加,使得反应体系中所含的氨基、羧基、羟基等极性基团的数量明显增多,人发蛋白与氧化棉织物发生交联反应和物理吸附的机会也随之增大,因而有利于人发蛋白棉织物防紫外线性能的提高¨]。当人发蛋白浓度超过25 g/L后,棉织物的防紫外线性能增加缓慢,一方面原因是反应体系中人发蛋白大分子的团聚增多、溶液黏度增大,使得人发蛋白难以进入氧化棉织物的内部发生反应或吸附,另一方面原因是氧化棉织物上能与人发蛋白大分子发生反应的醛基数量是有限的。故选择人发蛋白浓度为25 g/L。
2.2整理液pit值的影响
试验中发现,当人发蛋白液的pH值<5时出现凝聚现象,见图1。推测其原因是由于角蛋白类蛋白质的等电点在4~5 E 7。,而且棉织物本身不耐强酸,故研究当整理液pH值≥5时pH值变化对人发蛋白棉织物防紫外线性能的影响。整理液pH值(人发蛋白25 g/L,时间2 h,温度50℃)对人发蛋白棉织物防紫外线性能的影响见表2。
由表2可知:随着整理液pH值的升高,人发蛋白棉织物的防紫外线性能先增后降。当整理液pH值较接近人发蛋白的等电点时,角蛋白大分子间的作用力减弱,相互之间极易发生碰撞而导致团聚增多,不利于其与氧化棉织物的反应,同时也阻碍了其向氧化棉织物内部的扩散及吸附,故人发蛋白棉织物的防紫外线性能较低。当整理液的pH值>7时,经高碘酸钠氧化后的棉织物上因含有大量的醛基而具有强还原性,其结构在碱性溶液中容易被剥损,从而导致氧化棉织物上的醛基数量随整理液pH值的不断升高而减少,因此人发蛋白棉织物的防紫外线性能逐渐降低。故选择整理液pH值为6。
2.3整理时间的影响
整理时间(人发蛋白25 g/I。,pH值6,温度50℃)对人发蛋白棉织物防紫外线性能的影响见表3。
由表3可知:在一定范围内,人发蛋白棉织物的防紫外线性能随整理时间的延长而不断增大。这主要是因为整理时间的延长,一方面增加了人发蛋白的氨基与氧化棉织物的醛基发生共价交联反应的机会,另一方面也有利于人发蛋白大分子向棉织物内部的扩散和吸附。但当整理时间超过2 h后,氧化棉织物上反应可及的醛基数量越来越少,依靠物理作用力吸附于氧化棉织物上的人发蛋白大分子也因反应体系中人发蛋白浓度的降低而不断解吸,因此人发蛋白棉织物的防紫外线性能呈现下降趋势。故选择整理时间为2 h。
2.4整理温度的影响
整理温度(人发蛋白25 g/L,pH值6,时间2 h)对人发蛋白棉织物防紫外线性能的影响如表4所示。
由表4可知:人发蛋白棉织物的防紫外线性能随整理温度的升高呈现先增后减的变化趋势。温度的升高对人发蛋白与氧化棉织物的反应有两方面的作用:一是升温能使反应体系中人发蛋白大分子的热运动加剧,从而有利于其对棉织物的渗透和吸附,增加人发蛋白与氧化棉织物发生反应的几率。二是人发蛋白大分子会随着温度的不断升高而发生凝聚、变性等物性变化,导致体系中可供反应的量不断降低。正是这两种作用的平衡,使人发蛋白棉织物的防紫外线性能在50℃时达到最大值。故选择整理温度为50℃。
2.5微观形态分析
图2为棉织物经高碘酸钠氧化、人发蛋白整理前后的微观形态。图2(a)显示:普通棉织物的纤维纵向呈扁平带状,并且存在天然转曲和沟槽,纤维表面比较平整、光滑。图2(b)显示:氧化棉织物的纤维表面出现不规则的细小条纹,且局部区域出现剥离与溶失现象。这是因为高碘酸钠对棉织物的氧化反应是由无定形区逐步向结晶区进行,从而导致无定形区的纤维素先发生氧化降解反应而出现剥离、溶出现象[8]。图2(c)显示:人发蛋白棉织物的纤维纵向表面存在的沟槽变浅,数量也相对减少,纤维表面覆盖着一层较为均匀的膜状物质。这是由于人发蛋白具有较好的成膜性且人发蛋白分子上的氨基能与氧化棉织物上的醛基发生共价交联反应,因此能固着在纤维表面的沟槽和纤维内部的疏松结构中,并在80℃的烘干过程中,随水分的不断蒸发而逐渐靠近并相互结合,从而在纤维表面形成一层均匀的人发蛋白膜。
2.6红外光谱分析
普通棉织物、氧化棉织物和人发蛋白棉织物的红外光谱曲线见图3。由图3可知:棉织物经高碘酸钠氧化后,在1 725 cm_1处出现了醛基的特征吸收峰,此峰为醛基中的C-一O伸缩振动吸收峰[9],并且仲羟基的特征吸收峰由1 112 cm一1处移动到1 119 cm叫处且强度减弱,表明纤维素葡萄糖环C2和C3位上的仲羟基被氧化为醛基。此外,氧化生成的醛基与纤维素大分子上未氧化的羟基之间发生了羟醛缩合反应,生成了半缩醛而使1 072 cm叫处醚键的伸缩振动吸收峰明显增强‘10]。由图3还可知:氧化棉织物经人发蛋白整理后,在1 725 cm_1处的醛基特征吸收峰消失,且在1 647 cm-1处的吸收峰明显增强,因而掩盖了1 660 cm叫处的席夫碱C—N吸收峰口川,但在1 528 cml处出现了亚胺结构的C—N伸缩振动特征吸收峰,在1 157 cm_1处还出现了醚键因与氧原子相连的碳原子上结构变化而产生分裂的吸收峰,说明氧化棉织物上的醛基与人发蛋白上的氨基发生了化学交联反应,两者之间形成了牢固的共价键结合,人发蛋白通过席夫碱的C—N双键固定在氧化棉织物表面。1 647 cm-1处是吸附水的吸收峰,此峰的增强也表示经人发蛋白整理后,棉织物的吸水性能提高。
2.7耐洗牢度测试
表5为经多次洗涤后的人发蛋白棉织物防紫外线性能的测试结果(人发蛋白25 g/L,pH值6,时间2 h,温度50℃)。由表5可知:洗涤次数对人发蛋白棉织物的防紫外线性能影响不大。人发蛋白棉织物经30次水洗后的UPF虽有所下降,但仍远高于普通棉织物。这进一步证明,经高碘酸钠氧化后的棉织物与人发蛋白之间形成稳定的共价键结合,因而具有良好的耐洗牢度。

3 结论
(1)人发蛋白棉织物的最佳制备工艺:人发蛋白浓度25 g/L,整理液pH值6,整理时间2 h,整理温度50℃。
(2)微观形态和红外光谱测试表明,人发蛋白的氨基与氧化棉织物的醛基发生了共价交联反应,并且人发蛋白在纤维表面吸附成膜。
(3)人发蛋白棉织物具有良好的防紫外线性能,对UVA段和UVB段的紫外线均有明显的遮挡效果,且耐洗牢度较好。


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