殼聚糖及納米材料在柞蠶絲功能改性中的應(yīng)用

前言

柞蠶絲屬于天蛾科野生柞蠶繭的絲，是野蠶的重要品種之一。在天然纖維中，強(qiáng)度僅次于麻，伸長率僅次于羊毛。柞蠶絲纖維單纖粗、彈性好，其織物豐滿、粗獷、華麗、服用舒適、抗紫外線，是名副其實(shí)的天然纖維皇后，素以“厚薄堅(jiān)柔任卷舒”而聞名，具有其他纖維無法比擬的天然淺黃色彩和珠寶般的光澤，其綢面平滑挺爽，吸水性強(qiáng)，耐酸耐堿，特別是具有其他織物所沒有的粗獷的外觀風(fēng)格。然而，與桑蠶絲綢和仿真絲綢相比，柞蠶絲綢在服用性能上存在許多弱點(diǎn)，尤其是在染色、水漬、黃變和折皺等方面。為了克服這些弱點(diǎn)，多年來國內(nèi)外許多專家進(jìn)行了研究與試驗(yàn)，使柞蠶絲的弱點(diǎn)在一定程度上得到了解決，但相對于桑蠶絲和合成纖維來說，依然存在一定的差距。因此，對柞蠶絲內(nèi)在的品質(zhì)改造，依然是絲綢研究者面臨的一個(gè)重要課題。近年來，在柞蠶絲綢的改性整理方面，我們利用研究團(tuán)隊(duì)跨學(xué)科的優(yōu)勢，將高分子科學(xué)與技術(shù)、紡織工程科學(xué)與技術(shù)、納米科學(xué)與技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在柞蠶絲的基礎(chǔ)和應(yīng)用方面，研究了改性后柞蠶絲的分子結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化特征，利用綠色交聯(lián)劑檸檬酸、丁烷四羧酸在柞蠶絲的無定形區(qū)產(chǎn)生交聯(lián)，限制了其纖維大分子間的滑移，提高了柞蠶絲織物的抗皺性能和抗變形性能；利用殼聚糖及其衍生物的正電荷性，一方面提高了染料的上染率，節(jié)約了染料，減少了未上染染料對環(huán)境的排放，另一方面可提高柞蠶絲織物的抗菌性能，賦予了柞蠶絲以良好的功能性。研究主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容：一是采用廢棄資源——自然界唯一的天然活性多糖殼聚糖對柞蠶絲進(jìn)行功能化整理，充分利用殼聚糖的生物相容性、抗菌抑菌、吸濕透濕和對染料的強(qiáng)吸附性等，賦予柞蠶絲綢以抗菌特性，提高其抗皺性能和染色性能。二是在以上階段性研究工作的基礎(chǔ)上，對殼聚糖進(jìn)行接枝改性，生成殼聚糖季銨鹽、反應(yīng)性的殼聚糖季銨鹽、殼聚糖雙胍鹽酸鹽，在保持殼聚糖原有優(yōu)良屬性的基礎(chǔ)上，克服了殼聚糖僅溶于酸性水溶液的缺點(diǎn)，并提高了殼聚糖的正電荷性和抗菌等性能。此外，反應(yīng)性殼聚糖季銨鹽還增加了反應(yīng)性能。采用以上三種殼聚糖的衍生物整理柞蠶絲及其織物，賦予了柞蠶絲織物良好的抗菌特性，提高抗皺性能和染色性能。三是將殼聚糖制備成納米材料，充分利用殼聚糖納米微粒的大比表面積、小尺寸效應(yīng)，填充到柞蠶絲的微孔隙中，賦予柞蠶絲織物以良好的抗菌特性，提高抗皺性能和染色性能。四是將以上的研究成果進(jìn)行擴(kuò)展，制備納米二氧化鈦/殼聚糖的雜化材料分散體系，并用于柞蠶絲織物的功能化整理，利用納米二氧化鈦的抗紫外線、抗菌功能，以及殼聚糖的抗菌抑菌、吸濕透濕、對染料的強(qiáng)吸附性能，賦予柞蠶絲綢以抗菌和抗紫外線特性，提高其抗皺性能和染色性能。本書共分五章，其中第一章、第二章由林杰撰寫。第三章、第四章、第五章由路艷華撰寫。本書承蒙蘇州大學(xué)陳宇岳教授審閱并作序，在此向陳教授致以誠摯的謝意。殼聚糖及納米材料在柞蠶絲功能改性中的應(yīng)用，不僅體現(xiàn)了高新技術(shù)和染整加工技術(shù)的融合，也反映了不同學(xué)科的交叉融合；不僅可以為柞蠶絲科技工作者提供技術(shù)上的參考，而且為其它天然纖維的功能化提供新途徑和新思路。書中不當(dāng)之處，敬請專家和讀者不吝賜教。

內(nèi)容概要

　　本書概述了柞蠶絲的歷史、研究現(xiàn)狀及未來展望，系統(tǒng)介紹了殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、反應(yīng)性殼聚糖季銨鹽、殼聚糖雙胍鹽酸鹽、納米殼聚糖、納米二氧化鈦/殼聚糖在柞蠶絲上的應(yīng)用，詳細(xì)分析了以上材料對柞蠶絲纖維分子結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、染色性能、抗皺性能和抗菌性能影響。此外，還詳細(xì)介紹了低分子量殼聚糖、殼聚糖季銨鹽、反應(yīng)性殼聚糖季銨鹽、殼聚糖雙胍鹽酸鹽、納米殼聚糖、納米二氧化鈦/殼聚糖的制備方法和結(jié)構(gòu)分析方法。本書的研究方法和結(jié)論不僅在于柞蠶絲方面的應(yīng)用，還可擴(kuò)展到棉、麻、桑蠶絲、毛等紡織材料的功能化改性應(yīng)用方面，可供紡織、染整、化纖、材料相關(guān)專業(yè)人員從事研究、開發(fā)，也可供紡織、染整院校教師和學(xué)生作為學(xué)習(xí)和參考書。

作者簡介

　　路艷華，林杰，遼東學(xué)院教授。

書籍目錄

第一章 引言
第一節(jié) 柞蠶絲的歷史及現(xiàn)狀
第二節(jié) 柞蠶絲的組成與結(jié)構(gòu)
一、柞蠶絲的組成
二、柞蠶絲的結(jié)構(gòu)
三、柞蠶絲的特性
第三節(jié) 柞蠶絲的研究現(xiàn)狀
一、有關(guān)柞蠶絲的基礎(chǔ)研究
二、柞絲綢的改性研究
三、柞蠶絲研究展望
第二章 殼聚糖在柞蠶絲改性方面的應(yīng)用
第一節(jié) 殼聚糖簡介
一、殼聚糖概述
二、殼聚糖的歷史
三、殼聚糖的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
四、殼聚糖在柞蠶絲纖維染色中的應(yīng)用
五、殼聚糖在柞蠶絲纖維整理中的應(yīng)用
六、殼聚糖的發(fā)展前景
第二節(jié) 低分子殼聚糖的制備與性質(zhì)
一、殼聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性質(zhì)
二、殼聚糖的降解
三、低分子量殼聚糖的制備
第三節(jié) 低分子量殼聚糖的測試與表征
一、殼聚糖粘均分子量測定
二、殼聚糖脫乙酰度的測定
三、殼聚糖FT-IR分析
四、殼聚糖的XRD分析
五、殼聚糖TG熱分析
六、小結(jié)
第四節(jié) 殼聚糖對柞蠶絲染色影響
一、柞蠶絲酸性染料染色機(jī)理及工藝設(shè)計(jì)
二、柞蠶絲中性染料染色機(jī)理及工藝設(shè)計(jì)
三 柞蠶絲活性染料染色機(jī)理及工藝設(shè)計(jì)
四、柞蠶絲織物預(yù)處理工藝選擇
五、不同分子量殼聚糖對染色的影響
六、戊二醛濃度對染色的影響
七、殼聚糖濃度對染色的影響
八、殼聚糖對上染速率的影響
九、殼聚糖對上染百分率的影響
第五節(jié) 殼聚糖對柞蠶絲織物防皺整理性能的影響
一、柞蠶絲織物的防皺機(jī)理及整理劑的理化性質(zhì)
二、柞蠶絲的檸檬酸和殼聚糖理工藝
三、馬來酸酐和殼聚糖對柞蠶絲抗皺整理
第三章 殼聚糖衍生物在柞蠶絲改性方面的應(yīng)用
第一節(jié) 概述
一、引入官能團(tuán)改性
二、接枝共聚與交聯(lián)改性
第二節(jié) 殼聚糖季銨鹽的制備及應(yīng)用
一、殼聚糖季銨鹽概述
二、HTCC的制備及表征
三、HTCC處理柞蠶絲
四、HTCC對柞蠶絲染色性能的影響
第三節(jié) 反應(yīng)性殼聚糖季銨鹽的制備及應(yīng)用
一、概述
二、NMA-HTCC的合成
三、NMA-HTCC整理柞絲綢
四、本節(jié)結(jié)論
第四節(jié) 殼聚糖雙胍鹽的制備及應(yīng)用
一、概述
二、殼聚糖雙胍鹽的制備
三、殼聚糖雙胍鹽酸鹽處理柞絲綢
四、CGH處理柞蠶絲織物的染色性能
五、柞蠶絲織物的抗菌性能
六、本節(jié)結(jié)論
第四章 納米殼聚糖在柞蠶絲改性方面的應(yīng)用
第一節(jié) 概述
一、納米纖維與紡織品簡介
二、納米高分子和納米殼聚糖簡介
三、納米殼聚糖的制備方法概述
第二節(jié) 納米殼聚糖的制備
一、影響納米殼聚糖的制備的因素
二、納米殼聚糖的測試與表征
第三節(jié) 納米殼聚糖處理柞蠶絲的結(jié)構(gòu)與性能
一、柞蠶絲纖維的微觀形態(tài)
二、柞蠶絲纖維的FT-IR分析
三、柞蠶絲纖維的XRD分析
四、柞蠶絲纖維的DSC熱分析
五、柞蠶絲纖維的XPS分析
六、經(jīng)納米殼聚糖處理后柞蠶絲的力學(xué)性能
七、納米殼聚糖處理柞蠶絲織物的染色性能
八、納米殼聚糖處理柞蠶絲織物的抗皺性能
九、納米殼聚糖處理柞蠶絲織物的抗菌性能
十、本章結(jié)論
第五章 納米二氧化鈦/殼聚糖在柞蠶絲改性方面的應(yīng)用
第一節(jié) 引 言
一、納米二氧化鈦在纖維和織物中的應(yīng)用
二、殼聚糖在纖維和織物方面的應(yīng)用
三、納米二氧化鈦和殼聚糖的聯(lián)合應(yīng)用
第二節(jié) 納米二氧化鈦溶膠的制備
一、納米二氧化鈦溶膠的形成機(jī)理
二、納米二氧化鈦溶膠的制備方法
三、納米二氧化鈦溶膠的粒徑分布
第三節(jié) 納米二氧化鈦/殼聚糖分散體系的制備
一、納米二氧化鈦/殼聚糖分散體系的制備原理
二、納米二氧化鈦/殼聚糖分散體系的制備方法
三、納米二氧化鈦/殼聚糖的測試與表征
第四節(jié) 納米二氧化鈦/殼聚糖處理柞蠶絲的結(jié)構(gòu)與性能
一、柞蠶絲纖維的表面微觀形態(tài)
二、柞蠶絲纖維的FT-IR分析
三、柞蠶絲纖維的 XRD分析
四、柞蠶絲纖維的熱分析
五、柞蠶絲纖維的XPS分析
六、納米二氧化鈦/殼聚糖處理柞蠶絲的力學(xué)性能
七、納米二氧化鈦/殼聚糖處理柞蠶絲織物的染色性能
八、納米二氧化鈦/殼聚糖處理柞蠶絲織物的抗皺性能
九、納米二氧化鈦/殼聚糖處理柞蠶絲織物的抗菌性能
十、本章結(jié)論

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   2.目前的防皺整理方法 目前，生產(chǎn)免燙絲織物常用的方法有以下幾種： （1）以基因工程在蠶體上引入某種基因，改變柞蠶絲抗皺性差的現(xiàn)狀； （2）重金屬增重法； （3）紗線加捻； （4）絲織物通過等離子體、電子束等處理，也有提高抗皺性的作用； （5）在絲綢中復(fù)合少量具有較高初始模量和回彈率的細(xì)旦合成纖維（如滌綸、錦綸），能顯著提高織物的抗皺性能； （6）以抗皺整理劑進(jìn)行整理。 其中以抗皺整理劑進(jìn)行整理是當(dāng)前國內(nèi)外提高真絲織物抗皺性的主要攻關(guān)方向。 目前，多元羧酸作為一種無甲醛防皺整理劑，受到普遍的關(guān)注。其中最有效的交聯(lián)劑是1，2，3，4—丁烷四羧酸（BTCA），最好的催化劑是次磷酸鈉。經(jīng)BTCA整理后的織物可獲得滿意的彈性、白度、耐洗性、強(qiáng)力保留值和良好的手感等。但由于BTCA的價(jià)格昂貴，它的推廣受到限制。因此選用價(jià)格便宜的檸檬酸和馬來酸來替代1，2，3，4一丁烷四羧酸。檸檬酸是一種多元羧酸，能與纖維發(fā)生交聯(lián)，從而提高織物的彈性。馬來酸是一種二元羧酸，馬來酸酐的兩個(gè)?；c絲綢分子的氨基、羥基發(fā)生反應(yīng)，從而改善織物的彈性。 殼聚糖（CS）是甲殼質(zhì)脫乙酰基后的產(chǎn)物，是一種用途廣泛的天然材料，它在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用研究也日漸深入。它是一種安全的抗皺劑，織物經(jīng)CS的稀酸溶液（一般為稀醋酸）浸漬和焙烘處理，由于CS與纖維的電性吸附，或與纖維分子上活性基團(tuán)形成化學(xué)鍵結(jié)合；或者CS在纖維內(nèi)部微隙、纖維表面的沉積與成膜；同時(shí)借助于固著劑、交聯(lián)劑的化學(xué)作用，從而賦予織物硬挺性和抗皺性。檸檬酸（CA）是弱有機(jī)酸，也是染整領(lǐng)域近年來研究較多的一種無甲醛環(huán)保型抗皺劑，是目前為數(shù)不多的幾種在性價(jià)比上可與傳統(tǒng)的2D樹脂競爭的抗皺劑之一。CA作為抗皺劑的機(jī)理，是它與纖維上的羥基發(fā)生酯化交聯(lián)，從而提高織物的抗皺性，柞蠶絲是親水性纖維，分子中含有大量的羥基和極性基團(tuán)，具有以CA、CS作為抗皺劑的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 3.檸檬酸、馬來酸酐、和殼聚糖、的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及與柞蠶絲織物的防皺機(jī)理。

編輯推薦

《殼聚糖及納米材料在柞蠶絲功能改性中的應(yīng)用》編輯推薦：柞蠶絲作為天然野蠶絲，是我國特有的一種紡織材料，柞蠶絲的原料——柞蠶繭主要產(chǎn)于遼寧、河南、山東等地，另有少量分布于其他省份。由柞蠶絲制備的絲綢制品光澤淡雅、手感柔軟，又有別于桑蠶絲綢的細(xì)膩風(fēng)格，顯得高貴、大氣。作為天然蛋白質(zhì)纖維，柞蠶絲與人體的友好性也是其它纖維無法比擬的。但柞蠶絲上染率低、易皺、易變形，同時(shí)在功能方面也存在不足，這也影響和限制了其應(yīng)用，又因產(chǎn)量稀少，主要以出口為主，所以被關(guān)注的程度不如其他纖維原料，但我國研究人員對柞蠶絲的研究一直沒有中斷過，這其中包含了絲綢加工技術(shù)、絲綢制品功能等方面。我國在柞蠶絲領(lǐng)域的研究因其產(chǎn)地優(yōu)勢在國內(nèi)外處于領(lǐng)先地位，而遼寧又是柞蠶絲研究人員最集中的地區(qū)，因此，擔(dān)當(dāng)起提升柞蠶絲品質(zhì)、更好地服務(wù)于產(chǎn)業(yè)和市場而言，是責(zé)無旁貸的。但截止目前為止，我國關(guān)于柞蠶絲的專著只有3本，分別是1950年賀康著的《柞蠶絲之繅絲問題》，1984年遼寧省絲綢公司編著的《柞蠶繭制絲技術(shù)》，1987年出版的《柞蠶絲綢染整技術(shù)》編寫組編寫的《柞蠶絲綢染整技術(shù)》，這一現(xiàn)狀與我國的柞蠶絲研究技術(shù)是不相吻合的。另外，現(xiàn)代科技發(fā)展日新月異，與現(xiàn)代科技接軌，有效地在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域引入高新科技成果，已是當(dāng)務(wù)之急之事了。幾天前，我欣喜地收到了路艷華博士的著作原稿，并進(jìn)行了研讀，無疑，路艷華博士通過潛心研究、沉淀，所形成的專著一方面體現(xiàn)了她的研究工作業(yè)績，另一方面也集中了現(xiàn)代眾多國內(nèi)外研究人員的相關(guān)研究成果，因此，《殼聚糖及納米材料在柞蠶絲功能改性中的應(yīng)用》的出版對于掌握柞蠶絲研究的最新進(jìn)展具有重要意義。路博士早年畢業(yè)于大連理工大學(xué)高分子化工專業(yè)，畢業(yè)后一直從事高分子材料的研發(fā)工作，2004年跨學(xué)科、跨專業(yè)進(jìn)入我的研究室，攻讀紡織工程博士學(xué)位。入學(xué)后，她的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)優(yōu)勢充分體現(xiàn)了出來，路博士利用跨學(xué)科優(yōu)勢，將高分子材料科學(xué)、納米科學(xué)與技術(shù)、染整技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，以柞蠶絲功能化及生態(tài)技術(shù)染色為主攻方向，對柞蠶絲的結(jié)構(gòu)和性能從理論上進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對柞蠶絲的生產(chǎn)加工工藝從實(shí)踐上進(jìn)行剖析，取得了良好的階段性成果，她的博士論文《納米殼聚糖和納米TiO2-殼聚糖對真絲(綢)的改性研究》獲蘇州大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)，她的研究方法和思路也影響了我們研究團(tuán)隊(duì)的跨學(xué)科延伸和拓展。路艷華博士和林杰老師的著作，針對柞蠶絲的弱點(diǎn)，采用現(xiàn)代科技對傳統(tǒng)柞蠶絲產(chǎn)品進(jìn)行改造，分別利用天然產(chǎn)物殼聚糖、殼聚糖的衍生物、殼聚糖的納米材料、納米二氧化鈦與殼聚糖的雜化材料對柞蠶絲進(jìn)行了系列改性，在保持柞蠶絲優(yōu)良的天然屬性基礎(chǔ)上，一方面提高染料染色性能，減少了未上染染料對環(huán)境的污染，另一方面賦予柞蠶絲制品的抗菌、抗皺、抗紫外等新的功能，這在國內(nèi)柞蠶絲研究領(lǐng)域是處于領(lǐng)先水平的。專著《殼聚糖及納米材料在柞蠶絲功能改性中的應(yīng)用》的出版，不僅可以為相關(guān)科技工作者提供技術(shù)上的參考，而且為其它天然纖維的功能化研究提供了新途徑和新思路。希望路艷華博士的研究團(tuán)隊(duì)能進(jìn)一步深化研究，實(shí)現(xiàn)柞蠶絲產(chǎn)品升級換代，使柞蠶絲功能化生態(tài)紡織品能更好地服務(wù)于大眾、服務(wù)于社會(huì)，為我國的柞蠶絲功能化生態(tài)紡織品走向世界做出更大貢獻(xiàn)！

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