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引言

苧麻是我國具有資源優(yōu)勢的天然纖維素紡織原料，其織物以優(yōu)良的吸濕透氣性、抗菌防腐性及自然粗獷的風(fēng)格日益受到消費(fèi)者的青睞。然而，苧麻纖維特有的高結(jié)晶度和高剛性造成其織物手感粗糙和穿著過程中較強(qiáng)的刺癢感，嚴(yán)重降低了苧麻織物的服用觸覺舒適性，限 制了其作為高檔紡織面料的應(yīng)用與發(fā)展[1-3]。因此，開發(fā)行之有效且綠色環(huán)保的抗刺癢整理 技術(shù)，對促進(jìn)苧麻織物的廣泛應(yīng)用，提升苧麻產(chǎn)品的附加值和市場競爭力具有重要意義。生物酶整理作為綠色環(huán)保的染整新技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。當(dāng)前的研究表明纖維素酶處理能夠有效鈍化或去除苧麻織物表面毛羽，從而在一定程度上降低苧麻織物刺癢感，但隨之而來的問題是織物強(qiáng)力的嚴(yán)重?fù)p失。同時(shí)，苧麻織物纖維素酶整理的效果多為定性表 述，對于其能否在保證織物基本服用性能的前提下解決刺癢感問題尚無定論。因而，關(guān)于如 何揚(yáng)長避短、有效而適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮纖維素酶在苧麻織物抗刺癢整理上的作用研究，顯得尤為重 要。反應(yīng)型水性聚氨酯在織物后整理中的應(yīng)用研究已較為廣泛。水性聚氨酯是以水替代有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的環(huán)保型聚氨酯體系，它具有成膜彈性高、粘接強(qiáng)度高等優(yōu)良特性，將其 用于紡織品加工可賦予織物柔軟豐滿的手感，有效改善織物彈性等作用[5], 但聚氨酯在苧麻 織物抗刺癢感整理中的研究鮮有報(bào)道。本課題針對苧麻織物的刺癢感問題，系統(tǒng)研究了單一 纖維素酶整理、單一聚氨酯整理、纖維素酶-聚氨酯聯(lián)合整理對苧麻織物抗刺癢感的效果和 相關(guān)的纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度和力學(xué)性能變化，開發(fā)了較為有效的苧麻織物抗刺癢整理技術(shù)。

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

試劑：超強(qiáng)對比酶80L(工業(yè)級，上海丹尼悅生物科技有限公司)、彈性聚氨酯整理劑

PA-11(工業(yè)級，海寧勝暉化學(xué)工業(yè)有限公司)、無水乙酸鈉(AR，杭州高晶精細(xì)化工有限公司)、 冰乙酸(AR，上海中翔化學(xué)試劑有限公司)等。

織物：36Nm 純苧麻半漂機(jī)織布，由湖南華升株洲雪松有限公司提供。 儀器：Lambda35 型紫外-可見光分光光度計(jì)(Perkin Elmer 股份有限公司)、KES-FB 織物

風(fēng)格儀(日本加藤科技有限公司)、YG065H 型電子織物強(qiáng)力機(jī)(萊州市電子儀器有限公司)、SF600 型Data Color 測色配色儀(美國Data Color 公司)、YG461D 型數(shù)字式織物透氣量儀(溫 州方圓儀器有限公司)、ULTRA55 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(德國Carlzeiss 公司)、ARL XTRA型X 射線衍射儀(瑞士Thermo ARL 公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1苧麻織物的纖維素酶整理實(shí)驗(yàn)方法及工藝 為保證酶處理時(shí)纖維素酶處于最佳活力狀態(tài)，先通過測定不同溫度和pH 下所用纖維素酶的活力來了解和確定纖維素酶最佳活力條件。根據(jù)該纖維素酶供應(yīng)商的推薦以及本課題組對酶的最佳活力條件測定，確定酶的應(yīng)用pH 為4.5 左右，溫度為55℃，重點(diǎn)優(yōu)化酶的使用 濃度和時(shí)間。在55℃和pH 4.5 下，設(shè)計(jì)酶處理濃度(0，0.25，0.5，0.75，1.0，1.25，1.5，1.75 %(o.w.f.))，酶處理時(shí)間(0，30，60，90，120，150min)的單因素試驗(yàn)。苧麻織物的纖維 素酶抗刺癢整理的工藝流程如圖1 所示。

苧麻織物的彈性聚氨酯整理實(shí)驗(yàn)方法及工藝 在苧麻織物彈性聚氨酯整理浸軋工藝中，主要考慮整理液濃度和焙烘溫度對苧麻織物刺癢感、白度以及透氣性能的影響，設(shè)計(jì)整理液濃度(0，20，40，60，80，100，120，140，160，180，200g/L)和焙烘溫度(100，130，160，190℃)的單因素試驗(yàn)，工藝流程如圖2 所示。

1.2.3苧麻織物的纖維素酶與彈性聚氨酯聯(lián)合整理實(shí)驗(yàn)方法 通過將上述優(yōu)化后的纖維素酶處理工藝和聚氨酯整理工藝結(jié)合起來，分別對苧麻織物進(jìn)行先纖維素酶整理再彈性聚氨酯整理和先彈性聚氨酯整理再纖維素酶整理的聯(lián)合處理。

1.3 測試方法

1. 刺癢感表征方法及指標(biāo)：采用基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的織物刺癢感評價(jià)方法[6]對苧麻織物 進(jìn)行刺癢感等級預(yù)測；同時(shí)結(jié)合KES-FB 織物風(fēng)格儀測得織物表面性質(zhì)和壓縮性質(zhì)[7]的部分 指標(biāo)評價(jià)刺癢感。

2. 斷裂強(qiáng)力[8]：參照GB/T3923.1-1997《紡織品織物拉伸性能》中斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長 率測定的條樣法，采用YG065H 型電子織物強(qiáng)力儀對織物進(jìn)行斷裂強(qiáng)力測試。

3. 白度：采用Data Color SF600 測色配色儀測試織物的CIE 白度。

4. 透氣性：采用YG461D 型數(shù)字式織物透氣量儀測得透氣量，測定試樣壓差為100Pa， 選取流量孔徑70mm，噴嘴號數(shù)07。

5. 結(jié)晶度[9]：采用X-射線衍射儀對纖維素酶整理前后苧麻纖維的結(jié)晶度進(jìn)行表征。測 試條件為：Cu 靶，單色器濾波，Kα 射線，λ=0.154nm，掃描范圍為2θ=10~50°，掃描 速度為0.02°/s。根據(jù)衍射圖譜強(qiáng)度，采用Segal 法[10]計(jì)算苧麻纖維的相對結(jié)晶度。在掃描 曲線2θ=22°附近有(002)晶面衍射的極大峰值，2θ=18°附近有一極小峰值，則結(jié)晶度計(jì) 算公式為：Cr=((I002-Iam)/I002)×100%

6. 纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)：采用ULTRA 55 場發(fā)射掃描電子顯微鏡拍攝整理前后苧麻纖維縱向形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化情況。測試樣品保持干燥，無需鍍金，測試中設(shè)定工作距離為3~6mm，加速電壓為1kV。

2 結(jié)果與討論

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2.1 苧麻織物的纖維素酶抗刺癢整理

2.1.1苧麻織物的纖維素酶抗刺癢整理工藝條件優(yōu)化

苧麻織物刺癢感隨纖維素酶濃度增加和處理時(shí)間延長的變化情況分別如表1、表2 所示。

由表1 可知，隨著纖維素酶濃度的提高，織物表面動(dòng)摩擦系數(shù)、表面粗糙度以及刺癢感預(yù)測等級總體略呈下降趨勢，但下降變化不顯著；結(jié)合主觀感受，經(jīng)纖維素酶整理后的織物 手感變得活絡(luò)，但對降低刺癢感效果不明顯。纖維素酶整理對纖維素的水解作用能夠去除或 軟化突出于苧麻織物表面的毛羽，對提高織物表面平滑性有利，因而使織物表面動(dòng)摩擦系數(shù)MIU 值和織物表面粗糙度SMD 值有所下降，同時(shí)使刺癢感等級略有減小。

表2 酶處理時(shí)間對苧麻織物刺癢感的影響

注：纖維素酶80L 1.0%(o.w.f.)；浴比1:30；pH4.5；溫度55℃

由表2 可知，與纖維素酶濃度變化趨勢類似，隨著纖維素酶處理的時(shí)間的延長，苧麻織物表面動(dòng)摩擦系數(shù)、表面粗糙度以及刺癢感預(yù)測等級均有略微變化。結(jié)合織物的主觀感受， 苧麻織物的刺癢感變化不明顯，但其組織結(jié)構(gòu)變得疏松，手感較活絡(luò)，處理時(shí)間越長，這種 變化趨勢越明顯。纖維素酶作為一種高效的生物催化劑，其與苧麻纖維的作用時(shí)間越長，對 苧麻纖維的水解程度就越大。纖維素酶對苧麻織物表面突出毛羽的水解和軟化會(huì)提高織物的 平滑性，纖維的部分水解會(huì)使得紗線內(nèi)纖維間的松動(dòng)性和織物交織點(diǎn)的松動(dòng)性增加，從而改 善織物的手感，并對降低刺癢感有積極作用。

纖維素酶的水解作用易造成織物斷裂強(qiáng)力損失，織物的斷裂強(qiáng)力隨纖維素酶濃度增加和 處理時(shí)間延長的變化情況如圖3 所示。

由圖3(a)可知，隨著纖維素酶濃度的增加，苧麻織物的斷裂強(qiáng)力逐漸降低，特別是高濃度的纖維素酶處理使苧麻織物的斷裂強(qiáng)力損失急劇增加；由圖3(b)可知，隨著纖維素酶整理 時(shí)間的延長，苧麻織物的強(qiáng)力損失率逐漸增加。纖維素酶對纖維素纖維的水解并不是均勻的 表面剝蝕作用，酶更容易進(jìn)入纖維中結(jié)構(gòu)較為疏松的無定形區(qū)，在受到外力拉伸時(shí)，這些疏 松和薄弱的結(jié)構(gòu)容易造成應(yīng)力集中，進(jìn)而表現(xiàn)為織物斷裂強(qiáng)力的降低。為兼顧纖維素酶對苧 麻織物抗刺癢整理的效果和保證織物的強(qiáng)力損失率較低(不超過20%)，優(yōu)選苧麻織物纖維素酶整理的酶濃度為0.5~1.0 % (o.w.f.)，處理時(shí)間為90min

綜上所述，優(yōu)化的苧麻織物纖維素酶適度整理工藝為：將苧麻織物在室溫下置于pH4.5、 浴比1:30 的整理浴中，升溫至55℃，加入1%(o.w.f.)的纖維素酶80L，保溫處理90min，升 溫至100℃處理10min(使酶完全失活)，水洗，晾干。

2.1.2纖維素酶整理苧麻織物的性能和結(jié)構(gòu)分析 將苧麻織物纖維素酶抗刺癢整理優(yōu)化工藝進(jìn)行再實(shí)驗(yàn)，并對織物進(jìn)行性能測試，處理前后苧麻織物的刺癢感及斷裂強(qiáng)力對比如表3 所示。

表3 苧麻織物纖維素酶整理前后刺癢感及斷裂強(qiáng)力對比

注：纖維素酶80L 1.0%(o.w.f.)；浴比1:30；pH4.5；溫度55℃；時(shí)間90min

由表3 可知，經(jīng)優(yōu)化的纖維素酶整理后，織物的表面性質(zhì)有一定改善，刺癢感略下降，但不明顯。織物的斷裂強(qiáng)力損失率為16.5%，鑒于苧麻織物相對于棉織物等天然纖維制品有 較高的斷裂強(qiáng)力，20%以內(nèi)的強(qiáng)力損失率對于苧麻織物的服用性能影響不大。

為進(jìn)一步分析適度纖維素酶整理對苧麻纖維結(jié)晶度的影響，對酶處理前后苧麻纖維進(jìn)行X 射線衍射分析，衍射圖譜如圖4 所示。

由圖4 可知，纖維素酶處理對苧麻纖維素晶型沒有影響，(002)晶面的衍射峰(2θ≈22°) 強(qiáng)度略有下降，非結(jié)晶背景衍射峰(2θ≈18°)強(qiáng)度也略有降低，但均不明顯。苧麻纖維原樣的 結(jié)晶指數(shù)為90.16，經(jīng)纖維素酶處理后，苧麻纖維的結(jié)晶指數(shù)為88.33，相比未處理樣稍有降 低。這是因?yàn)樗美w維素酶的主要成分是內(nèi)切酶，其對苧麻纖維的水解作用主要發(fā)生在無定 形區(qū)和結(jié)晶區(qū)表面，故對苧麻纖維結(jié)晶度的變化影響不大，因而對降低纖維剛性的效果不明 顯，這與經(jīng)纖維素酶整理后苧麻織物刺癢感變化不大的現(xiàn)象相吻合。