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棉织物壳聚糖杂化膜改性及防紫外线性能研究

高大伟+王丽丽+何雪梅+陆逸群+刘建朋

摘要：以具有良好生物相容性的壳聚糖为基本原料，通过加入无机盐制得掺杂金属离子的壳聚糖杂化膜，并对棉织物进行改性处理。利用纺织品防紫外线性能测试仪研究无机盐、交联剂、温度、时间和浓度等对棉织物防紫外线性能的影响。研究结果表明：掺杂氯化镁的壳聚糖杂化膜协同硅烷偶合剂KH550处理后，棉织物的防紫外线性能较未处理的棉织物防紫外线能能略有降低，但仅掺杂氯化镁的壳聚糖杂化膜对织物处理后，棉织物的防紫外线性能较好，UPF值可达28.8。掺杂氯化镁的壳聚糖杂化膜处理的棉织物，当氯化镁浓度为2g/L，壳聚糖的浓度为1%，在40℃的温度下处理60 min时，棉织物的防紫外线性能最好，UPF值可达30+。
关键词：壳聚糖；无机盐；改性；棉织物；防紫外线性能
：TS195.2 文献标志码：A
The Influence of Chitosan Hybrid Membrane on the AntiUltraviolet Properties of Cotton Fabrics
Abstract： Cotton fabric was modified by chitosan hybrid membrane with inorganic metal ions. Ultraviolet radiation tester was used to evaluate the influence of the inorganic salt， crosslinking agent， temperature， time and concentration on the anti-ultraviolet properties of the cotton fabric. Compared with the cotton fabric， the anti-ultraviolet behaviors of the fabric modified by inorganic salts and a minopropyltriethoxysilane（KH550） descended. The fabric modified by MgCl2/chitosan showed better anti-ultraviolet performance（UPF=28.8）. The optimum modification process was MgCl2 2 g/L， chitosan concentration 1%， 40 ℃ and 60 min， in which the UPF value reached up to 30+.
Key words： chitosan； Inorganic salt； modification； cotton fabric； UV resistance
棉织物具有吸湿性强、透气性好、穿着舒适和不易起静电等特点，深受人们青睐，是制作夏装和户外活动装的主要面料。但轻薄棉织物是紫外线辐射最容易透过的面料之一，本身屏蔽紫外线的能力不足以使人体皮肤免受紫外线辐射引起的损伤，因此棉织物成为防紫外线辐射整理的主要对象。近年来人们大多利用有机紫外线吸收剂和无机紫外线反射剂来加工生产防紫外线纺织品，但使用生物材料对于纺织品进行防紫外线整理的研究还较少。
壳聚糖属于阳离子改性剂，是迄今发现的唯一的天然碱性多糖，壳聚糖的分子链结构中含有大量带孤对电子的活性基团，以其独特的分子结构、生物相容性、生物降解性、抗菌性、无毒性、生物活性和物理化学性质引起人们的重视，在化工、纺织、印染、造纸和医药等领域有广泛的应用前景。研究发现壳聚糖及其衍生物有溶致胆甾液晶性，壳聚糖在紫外-可见光区具有明显的吸收。本文以天然高分子产物壳聚糖为基础，制备了掺杂金属离子的壳聚糖杂化膜，并对棉织物表面进行改性处理，研究不同处理工艺对棉织物防紫外线性能的影响。
1 实验
1.1材料与仪器
织物：市售漂白纯棉织物，经纱细度35S，纬纱细度30S，经密400根/10cm，纬密220根/10cm，克重101g/m2。
药品：壳聚糖（生物试剂，浙江金壳生物化学有限公司），冰醋酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），氯化镁（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司），氯化锌（化学纯，国药集团化学试剂有限公司），醋酸锌（分析纯，上海山浦化工有限公司），醋酸镁（分析纯，上海化学试剂采购供应站经销），无水乙醇（分析纯，江苏彤晟化学试剂有限公司），硅烷偶联剂KH550（工业级，南京品宁偶联剂有限公司）。
仪器：HJ-3数显恒温磁力搅拌器（常州国华电器有限公司）；YP6102电子分析天平（上海正光医疗仪器有限公司）；KQ5200DB数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；YG（B）912E纺织品防紫外线性能测试仪（温州大荣纺织仪器有限公司）。
1.2壳聚糖杂化溶液的配置
称取适量的壳聚糖溶于2mL冰醋酸中，并加入98mL的蒸馏水。用数显恒温磁力搅拌器在恒温的条件下搅拌2h。取适量配好的壳聚糖溶液加入一定的无机盐溶液，并充分搅拌制得掺杂金属离子的壳聚糖杂化膜。
1.3预处理工艺
配置壳聚糖/无机盐杂化溶液→杂化溶液对棉织物改性处理（浴比1∶100）→水洗烘干。
1.4防紫外线线性能测定
根据国家标准GB/T18830—2002《纺织品防紫外线性能的评定》，在纺织品防紫外线性能测试仪上，测得织物UVA和UVB波段的紫外线透过率，以UPF值评价织物的防紫外线效果。
2结果与讨论
2.1无机盐对处理效果的影响
在壳聚糖溶液中加入不同的无机盐，用掺杂不同金属离子的壳聚糖杂化膜及单纯的无机盐对棉织物进行改性处理，研究掺杂金属离子的不同对棉织物改性效果的影响。试剂用量及工艺条件如下：壳聚糖1%、0.1mol/L的氯化镁5mL、0.1mol/L的氯化锌溶液5mL、醋酸锌2g、醋酸镁2g，在30℃的条件下预处理60min，然后测定改性后棉织物的防紫外线性能，结果如表1所示。
由表1可知，处理后棉织物的防紫外线性能均有所提高，掺杂金属离子的多糖杂化膜处理后的棉织物防紫外线性能增加显著，其中壳聚糖溶液中添加氯化镁的防紫外线性能最好，壳聚糖溶液中掺杂氯化锌的次之。
2.2交联剂对处理效果的影响
在壳聚糖/氯化镁杂化溶液和壳聚糖/氯化锌杂化溶液中各加入2mL的KH550，对棉织物进行改性处理，测定处理后棉织物的防紫外线性能，结果如表2所示。
由表2可知，加入硅烷偶合剂KH550处理后的棉织物的防紫外线性能相对较低，这可能是由于硅烷偶合剂KH550与掺杂金属离子的壳聚糖杂化溶液会形成一层网状结构的薄膜附着在织物表面上，织物表面积增大，同时在织物表面引入硅，对紫外光谱的反射能力增强所致。
2.3浸渍温度对处理效果的影响
在1%壳聚糖中加入2g/L的氯化镁5mL，分别在不同温度下处理60min，然后测得改性后织物的防紫外线性能，结果见表3。
由表3可知，随着温度的升高，织物的防紫外线性能呈先上升后下降的趋势，织物在40℃防紫外线性能效果最好。
2.4氯化镁浓度对处理效果的影响
在1%壳聚糖溶液中加入5mL不同浓度的氯化镁溶液，在40℃处理60min。然后测得改性后织物的防紫外线性能，从而确定预处理改性的氯化镁浓度。结果见表4。
由表4可知，氯化镁的浓度对织物的防紫外线性能有一定的影响，随着浓度的增加，防紫外线性能略有下降，当氯化镁浓度为2g/L织物的防紫外线性能最好。
2.5浸渍时间对处理效果的影响
在1%的壳聚糖溶液中加入2g/L氯化镁溶液5mL，在40℃的温度下分别处理不同时长，然后测得改性后织物的防紫外线性能，结果如表5所示。
由表5可知，随着处理时间的延长，织物的防紫外线线性能呈现先增大后下降的趋势，当处理时间60min时，处理后织物防紫外线性能最好。
2.6壳聚糖浓度对处理效果的影响
在不同浓度的壳聚糖溶液中分别加入2g/L氯化镁溶液5mL，在40℃的温度下处理60min，然后测得改性后织物的防紫外线性能，从而确定最佳的壳聚糖浓度。
由表6可知，壳聚糖的浓度对织物的防紫外线性能有一定的影响，随着壳聚糖浓度的增加，织物的防紫外线性能呈先上升后下降的趋势，壳聚糖的浓度为1%时对应的织物防紫外线性能效果较好，UPF值可达30+。
3结论
（1）掺杂氯化镁的壳聚糖杂化膜对织物处理后，棉织物的防紫外线性能最好。
（2）掺杂氯化镁的壳聚糖杂化膜协同硅烷偶合剂KH550后，棉织物的防紫外线性能略有降低。
（3）掺杂氯化镁的壳聚糖杂化膜处理的棉织物，当氯化镁浓度为2g/L，壳聚糖的浓度为1%，在40℃的温度下处理60min时，棉织物的防紫外线性能最好。
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-全文完-