1、钙盐处理对柞蚕丝结构与性能的影响第 20 卷第 2 期2008 年 6 月河南工程学院(自然科学版).JOURNALOFHENANINSTrrUTE0FENGINEERING,o1.20.No.2Jun.,2008钙盐处理对柞蚕丝结构与性能的影响何建新,喻红芹(中原工学院纺织学院,河南郑州 450007)摘要:研究了氯化钙溶液对柞蚕丝结构和性能的影响 ,柞蚕丝经钙盐处理,有一定程度的溶解,随着处理时问的延长,溶量增大,相同条件下其溶失率要小于桑蚕丝.研究还表明,柞蚕丝经氯化钙溶液微溶处理后,由于无定形区的溶解生成了明显的微孔穴,纤维纵向表面出现明显的微纤结构,蚕丝结构呈现多孔性的特征;钙盐处理
2、会导致纤维的结晶度增加, 表明溶失的部分主要为丝纤维大分子的弱结构部分,以非结晶结构为主;经钙盐溶液处理后,蚕丝纤维的断裂强度下降 ,而断裂伸长增加.关键词:柞蚕丝;钙盐处理;结构;性能中图分类号:TS102.332 文献标识码:A 文章编号:1674330X(2008)02001303蚕丝的丝素纤维是由许多原纤束并列在一起构成的天然蛋白质高分子材料,原纤与原纤之间主要通过丝胶和次价键相互结合.纤维内部结构又可分为结晶区和非结晶区两部分,结晶区结构紧密,不易变形,而非结晶区结构疏松.由于蚕丝纤维这种本身内部结构的差异,通过有效的溶胀,分纤或剥离方法(例如钙盐处理)可生成丝素纤维内部的微孔穴,使
3、丝素纤维在微观上显示出多层次的剥离与多孔特征.到目前为止,桑蚕丝的钙盐处理已经有了不少研究,而对柞蚕丝钙盐处理的研究还比较少,本文研究了柞蚕丝在钙盐处理下纤维的结构和性能的变化.1 实验部分1.1 材料脱胶后的柞蚕丝取自于辽宁,细度为5.36dtex.1.2 钙盐处理利用氯化钙和蒸馏水以 1:8 摩尔比配制氯化钙溶液,准确称取一定量的柞蚕丝样品,在浴比1:100,温度 70%水浴条件下处理,处理时间分别为5min,10min,15min,20min,25min,30min,60min,处理完毕立即加入到 5%浓度的 EDTA 水溶液中,100C 下煮沸 5min,取出样品用蒸馏水洗净,50C
4、下烘干.1.3 溶失率测试溶失率表示钙盐处理前后柞蚕丝的重量损失.在进行钙盐处理以前对样品称重,根据回潮率计算可得实验前样品的干重.处理后烘干,称重记录,公式(1)可计算得经处理样品的溶失率.:100%公式(1)L,l其中,G.为处理前样品的干重,G:为处理后样品的干重,L 表示样品的溶失率.1.4 拉伸性能测试将干燥样品在 xQ 一 1 型纤维强伸度仪上测试其拉伸性能,每组测试 30 根纤维.拉伸隔距为 10mill,拉伸速度为 5mm/min,条件为标准大气条件.1.5 扫描电镜观察在 JSM-6360 型电子扫描显微镜下观察横向和纵向形态.测试条件为恒温 20cc,相对湿度 65%,加速
5、电压 15Kv,测试前样品喷金处理.1.6X 一射线衍射测试钙盐处理前后柞蚕丝的衍射实验在 D/max 一收稿日期:20080408作者简介:何建新(1977 一),男,江苏靖江人,博士,主要从事新型纤维材料研究?14?河南工程学院 (自然科学版 )2008 盘2550PC18kW 转靶 x 射线衍射仪上测定.将纤维粉末安放在玻璃的样品架上,在稳定条件下分析.测试条件为 Ni 滤波,cu 靶 K 射线,管压 40kV,管流40mA,扫描速度 2/min,扫描角从 5.到 60.2 结果与讨论2.1 钙盐处理时间对溶失率的影响氯化钙溶液对丝素纤维的作用首先从渗透开始,水化钙离子渗透到丝纤维的内部
6、,破坏大分子内部的副价键,纤维发生溶胀,体积增大.钙离子配位在丝素大分子链的酪氨酸,丝氨酸的侧基羟基处,形成螯合物,并使纤维溶解 J.柞蚕丝经钙盐处理,有一定程度的溶解,随着溶解时间的延长,溶解增多,但总的来说其溶失率很小(图 1),溶解 10min其溶失率仅为 0.19%,而相同条件下桑蚕丝为5.8%.这主要因为柞蚕丝中含有更多疏水性的丙氨酸,而丝氨酸的含量较低.另外,柞蚕丝比桑蚕丝粗,因此在相同条件处理下,溶液向内部渗透的可及性比桑蚕丝要差,影响了柞蚕丝的溶解.1u2U3040)uOu时间【皿 In1图 1 钙盐处理时间对柞蚕丝溶失率的影响Fig.1Effectoftreatmenttin
7、lewiUlcalciumsaltonweightlostofsilk2.2 钙盐处理对柞蚕丝力学性能的影响如表 1 所示,柞蚕丝经钙盐处理,断裂强度总体有下降的趋势,处理 60min 时下降可达 17.6%.断裂伸长与原来的相比都是增加的,初始模量与原样基本相当.这是因为丝纤维的强力,伸长是由丝素的结晶区和非结晶区结构决定的,溶解过程中丝纤维的极性基团定向吸收钙离子,丝素分子之间力及肽链问的部分氢键遭到破坏,分子间结合力减弱,使非结晶区部分丝素溶解,导致强伸力下降.表 1 钙盐处理后的柞蚕丝的各项拉伸性能Table1Propertiesofsilkaftercalciumsalttreatm
8、ent时间断裂强度不匀(min)CN/dtex 率%02.8411.6752.738.95102.6614.21152.6013.58202.5012.50252.3817.45302.3620.29602.3416.72断裂伸长不匀初始模量不匀率%率 %CN/dtex 率%20.7022.4423.124.9522.9022.1818.515.1223.6020.6l20.210.4324.1023.8319.513.3724.6030.0518.530.5524.9025.2020.027.4125.2023.8520.119.6025.7033.6020.016.9o2.3 纤维形貌图
9、2 为钙盐处理前后柞蚕丝的截面形态图,由图 2 看出,经钙盐处理的柞蚕丝的横截面明显出现孔洞,形成多孔的特征.另外,由于剥离的缘故,经钙盐处理的丝纤维的截面边缘没有普通柞蚕丝光滑,纤维间的空隙增大,截面形态变的不规律,平整度变差,饱满性提高 J.这是由于在钙盐溶解过程中,钙离子的配位,破坏肽链之间的部分氢键和分子问力,肽链问变得松弛,大分子内部结构变得松弛,同时由于单纤维或原纤间的弱结构剥离,所以纤维内部产生微孔隙.经钙盐处理,柞蚕丝纤维纵向表面出现明显的微纤结构(图 3),表现为深浅不同的纵向条纹.这是因为从形态结构来看,丝素纤维是由原纤和巨原纤构成的,原纤间的结合主要依靠副价键,氯化钙溶液
10、在短时间内先发生渗透作用,渗入丝纤维的原纤之间,随着时间的延长,破坏其氢键构造,使纤维发生分纤,溶胀,并进一步向原纤内部结晶区和非结晶(a)处理前(b)处理后图 2 钙盐处理前后柞蚕丝的截面形态Fig.2Sectionofsilkbeforeandaftercalciumsalttreatment0一术一,I第 2 期何建新,等:钙盐处理对柞蚕丝结构与性能的影响 ?15?(a)处理前(b)处理后图 3 钙盐处理前后的柞蚕丝纵向形态Fig.3Longlitudinalshapeofsilkbeforeandaftercalciumsalttreatment2.4X 射线衍射曲线分析柞蚕丝原丝和钙
11、盐处理后的 x 射线衍射曲线见图 4.从图 4 可以看出,两纤维的强度较强的衍射峰的扫描角都在 16.7.和 20.1.左右,说明钙盐溶液处理不会引起丝纤维微细结构本质上的变化.比较两者的 x 射线衍射曲线强度,发现处理后蚕丝纤维衍射峰强度降低,说明起结晶度发生了变化.由 x射线衍射曲线分峰计算结晶度,可算出经钙盐处理后丝纤维的结晶度为 47.68%,高于未处理柞蚕丝的结晶度 42.12%.这可能是由于在柞蚕丝的溶解过程中,其溶失的部分主要为丝纤维大分子的弱结构部分,主要以非结晶结构为主,所以经微溶处理后,其残留部分的结晶度有所提高 J.图 4 柞蚕原丝和钙盐处理蚕丝的 X 射线衍射曲线Fig
12、.4Diffractionni-veofcontrolsampleandtreatedsample3 结论(1)柞蚕丝经氯化钙溶液微溶处理后,可以生成明显的微孔穴和原纤化特征,蚕丝结构呈现多孔性.(2)经钙盐溶液处理后,蚕丝纤维的强力下降,伸长增加.(3)钙盐处理溶解了部分无定形区,使柞蚕丝纤维重量减少,随溶解时问延长溶失量增加,柞蚕丝的纤维溶失率比桑蚕丝少.由于丝纤维无定形区的溶解导致钙盐处理的丝纤维的结晶度升高.参考文献1陈宇岳,盛家镛 ,胡凤霞,等.真丝纤维在钙盐作用下的形态结构研究J.纺织,1999,(6):1214.2林红,陈宇岳 .蚕丝纤维经钙盐处理后的结构与性能J.纺织,2004
13、,(4):2124.3陈宇岳,朱良均 ,林红,等.蚕丝纤维的微孔生成及性能研究J.纺织,2006,24(5):79.4王建南,陈宇岳 ,盛家镛,等.真丝在氯化钙溶液中的分纤举动与力学性能J.丝绸,2002,(2):810.5王建南,裔洪根 .差别化多孔真丝纤维的生成及形态结构研究J.江苏蚕业,2002,(4):1215.6王建南,陈宇岳 ,裔洪根,等.蚕丝纤维在钙盐微溶下的形态结构与性能研究J.蚕业科学,2003,29(2):173176.EffectofCalciumSaltTreatmentontheStructureandPropertyofTussahSilkHEJianxin.YUH
14、ongqin(DepartmentofTextiles,ZhongyuanInstituteofTechnology,Zhengzhou450007,China)Abstract:Effectofcalciumsalttreatmentonthestructureandpropertyoftussahsilkwasinvestigated.andtheSOlutionoftussahsilkoccurredaftercalciumsalttreatment.Withthetimeprolonged.thesolutionincreased,however,losemassoftussahwas
15、lessthanthatofmulberrysilkunderthesamecondition.Theresearchindicatedthattussahsilkshowedobviousmicroporesandfibrillationaftercalciumsalttreatmentbecauseofthedissolutionofamorphousregion.Thecrystallinityoftussahsilkincreasedaftercalciumtreatment,indicatingtheamorphousregionwaspredominantamongthesolventpart,butitsbreakingstrengthdecreasedandbreakingelongationincreased.Keywords:tussahsilk;calciumsalttreatment;structure;property
