大多情况下，棉精练研究主要通过分析精练产物来分析棉的共生物成分，但是，却很少有报道棉织物精练过后纤维表面蜡质和其它共生物的含量问题。直接着色法是分别采用对果胶质、棉蜡着色的特殊染料或试剂处理织物，根据布面着色的深浅程度来评定织物上果胶质、蜡质的含量。直接着色法可以用来进行棉织物精练效果的测定，但是这种方法定性效果较好，而定量相对误差比较大。衰变全反射傅里叶红外光谱（FT-IR ATR）为分析精练棉的表面共生物提供了一种新的简易而快速的方法。FT-IR ATR是一种新的表面分析技术，能够分析棉纤维表面几微米深度，因共生物如蜡质等都包覆在棉纤维素的表面上，因而用这种测试方法非常有效。本文采用红外光谱法对比棉针织物经过碱性果胶酶精练后表面共生物变化情况，从另外一个角度揭示果胶酶精练的机理，从而为棉织物精练研究提供了一种新型的可行方法。

　　1、试验部分

　　1.1 材料与仪器

　　材料：14.5tex纯棉针织物，无锡针织总厂；碱性果胶酶，丹麦Novozymes公司；TX-10、氢氧化钠、CCl4均为分析纯；甘氨酸为生化试剂。

　　仪器：FA2004型电子天平、HHS电热恒温水浴锅、WHY-2全封闭水浴恒温震荡器、傅里叶变换红外光谱仪、721分光光度仪等。

　　1.2试样制备

　　（1）碱处理：将一定量棉针织物投入浴比为1：30， 98 ℃，NaOH质量浓度为2g/L，TX-10质量浓度为 0.5g/L的溶液浸渍90min，水洗后晾干准备测试。

　　（2）碱性果胶酶精练：将一定量棉针织物沸水预处理1～2min后投到浴比为1：30，碱性果胶酶溶液里浸渍90min，溶液温度为60℃，pH值 9.8，碱性果胶酶质量浓度 0.5g/L，水洗后晾干准备测试。

　　1.3 棉织物上果胶质含量测定

　　称取棉织物干重1.5g，剪碎后放在250mL的烧瓶中，加入100mL质量浓度为0.5%的草酸铵溶液，接上冷凝管，在沸水浴中煮90min，然后过滤。取滤液2mL加入到12mL的浓H2SO4中并用冰水冷却，然后在沸水浴中煮10min后再用冰水冷却，最后加入体积浓度为0.15%的咔唑无水乙醇溶液1mL，混合均匀，静置30min，用721分光光度计在530nm波长下，1cm的比色皿测定吸光值，由标准曲线算出半乳糖醛酸的含量，再换算成果胶质百分含量。

　　1.4棉织物上棉蜡含量测定

　　称取经剪碎并预先在105℃烘箱中烘至恒重的试样10g。将试样放在特制的纸筒或以滤纸做成的纸筒中，纸筒置于脂肪萃取器中，筒的高度应高于萃取器虹吸管的上端1～1.5cm，试样在滤纸筒中的高度以低于虹吸管顶端1～1.5cm为宜。

　　在脂肪萃取器的烧瓶中加入120mL四氯化碳，并置于恒温水浴中，调节温度，保持溶剂每小时虹吸循环3～4次，萃取3h后冷却，将萃取器烧瓶中含有蜡状物质的萃取液滤入已知重量的三角瓶中。将萃取器的烧瓶滤纸及漏斗用溶液洗3次，在水浴上加热蒸馏。待溶剂全部蒸出后，将三角瓶置于烘箱中，于105℃烘至恒重，在干燥器中冷却后精确称重（精确到0.0001g）。

　　1.5 FT-IR ATR红外光谱测试方法：将10cm×10cm的棉织物安在安装好的ATR样品夹上。扫描次数：216，分辨率：4cm-1。

　　2、结果与讨论

　　2.1 萃取法评价棉针织物精练效果

　　原棉纤维中除了纤维素外，还含有果胶质（0.4%～1.2%）、蜡质（0.4%～1.2%）、蛋白质（1.0%～1.9%）、灰分（0.7%～1.6%）等非纤维素物质，约占棉纤维干燥质量的6%[3]，其中绝大部分以不均匀状态分布在棉纤维表面的初生胞壁中，而且在初生胞壁的较外区域（角质层）中比例最高，随着向次生胞壁接近逐渐减小。这些表面中的化合物中的某一些，尤其是蜡质和果胶质的疏水性，是造成原棉不润湿性能的主要原因。本文通过采用0.5%的草酸铵溶液萃取果胶法测得，经过碱性果胶酶精练后果胶残留率约28%，而采用碱液煮练后棉纤维上果胶残留率约为20%。另外通过采用四氯化碳萃取棉蜡法测得，经过碱性果胶酶精练后棉蜡残留率约为35%，采用碱液煮练后棉纤维上棉蜡残留率约为10%。综合对比碱性果胶酶精练去除棉纤维上果胶和棉蜡的效果接近碱液煮练法效果。

　　2.2 FT-IR ATR红外光谱研究棉针织物精练效果

　　根据纤维素、果胶和棉蜡的化学结构，可以知道纤维素和果胶都是碳水化合物。棉纤维上的果胶质是由聚半乳糖醛酸主链组成的，且通常有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖以及其他糖类连结在其上作为支链；而棉蜡由高级饱和脂肪酸和高级一元醇所组成的酯[4]。因此可以通过特征基团羧基来表征棉针织物上果胶和棉蜡的含量变化。

　　因共生物如蜡质和果胶物质包覆在棉纤维素的表面，而FT-IR ATR是一种对材料表面较敏感的测试技术。因此，这种测试方法可以通过对比谱图变化评价棉织物精练效果。图1（a）是采用FT-IR ATR测试技术测得棉纤维的波谱图，图1（b）是图1（a）的局部放大谱图，其中图1中谱图1和3 是原棉和精练棉的FT-IR ATR红外光谱图，谱图2和4则是分别经过盐酸蒸汽处理的原棉和精练棉的FT-IR ATR红外光谱图。通过对比谱图1和3可以看出由于原棉和精练棉的本体化学组成相同，它们的谱图比较接近，难以区分它们的区别。如果谱图只是通过纤维切片后KBr压片法测得的话，谱图只显示了纤维素的一些特征峰，尽管原棉表面有共生物如蜡质和果胶物质等，因在纤维表面含量较低而没有在谱图中显示出来。原棉和精练棉的红外光谱典型纤维素峰在1000～1200cm-1左右。纤维素化学结构中的特征峰比如羟基-OH的伸缩振动在3550～3100cm-1处，C-H的伸缩振动在2917cm-1处， -COO-的不对称伸缩振动在1617cm-1处，C-H的变形振动在1316cm-1处。

　　注： 谱线1未精练棉针织物

　　谱线2 经过盐酸蒸汽处理过的未精练棉针织物

　　谱线3经过碱性果胶酶精练后的棉针织物

　　谱线4经过盐酸蒸汽处理过的碱性果胶酶精练棉针织物

　　谱线5经过盐酸蒸汽处理过的碱精练后的棉针织物

　　图1 不同处理条件下的棉针织物的FT-IR ATR红外光谱图

　　Fig.1 FT-IR ATR spectrum of cotton knitted fabric of different treating conditions.

　　（a） total graph；（b） topography.

　　注：谱线2 经过盐酸蒸汽处理过的未精练棉针织物

　　谱线4经过盐酸蒸汽处理过的碱性果胶酶精练棉针织物

　　谱线5经过盐酸蒸汽处理过的碱精练后的棉针织物

　　图2 不同精练条件下的棉针织物的FT-IR ATR红外光谱图

　　Fig.2 FT-IR ATR spectrum of cotton knitted fabric of different scouring conditions

　　表征棉蜡、果胶等杂质存在的特征基团羧基如果以离子形式-COO-存在，就会由于-COO-的对称和非对称伸缩振动分别在1600-1和1400cm-1处出现两个峰，从而就淹没在纤维素化学结构中的特征峰中，因此对比图1（b）中1和3，棉织物虽然经过处理，大部分棉蜡、果胶等共生物被去除，但谱图没有呈现出变化，谱图反映的是纤维素的特征波峰。因此间接证明棉蜡、果胶等杂质的特征基团羧基以离子形式-COO-存在。但是如果将原棉在HCl蒸汽中处理几分钟，如图1（b）中 谱 图2和4就会在1730cm-1左右出现一个吸收峰，这是由于羧酸盐基团的质子化。如果-COO-被质子化变成-COOH，就会有-C=O和C-OH两个基团存在。-C=O伸缩振动在1730cm-1左右，而-C-OH伸缩振动在1200 cm-1。-C-OH伸缩振动峰会被纤维素中大量C-O键产生的峰所掩盖掉，但是-C=O伸缩振动峰在谱图中却能很好地表现出来，区别纤维素特征峰，从而就可以通过观察-C=O伸缩振动峰在1730-1的峰值强度变化来评价棉织物精练效果。所以直接采用红外光谱不能评价棉织物精练效果，需要采用HCl 蒸汽处理后把棉蜡、果胶等杂质的特征基团（-COO-）质子化后才能采用红外光谱评价棉织物精练效果。

　　图1（b）谱图2在1736cm-1处呈现了明显的波峰，而谱图4用HCl蒸汽处理过的精练棉织物在1726 cm -1依然有C=O峰，但相对该特征峰已经有很大的减弱，说明棉蜡、果胶等一些杂质在精练的过程中大部分被去除。虽然还不能确定这些羧酸根是来自蜡质还是果胶质，但可以确定它们是棉织物中通常在精练过程中被去除的杂质。

　　图2是不同精练条件下的棉织物采用HCl蒸汽处理后的FT-IR ATR 红外光谱图。谱图2 为未精练棉针织物谱线，而谱图4，5分别是果胶酶精练和碱精练后的棉织物FT-IR ATR 光谱图。其中谱线2 在1736.21cm-1附近出现明显强峰，谱图4和5在1736cm-1附近波峰基本消除，尤其是谱图5的峰最弱，说明碱精练后的棉针织物中羧酸根残留最少，反映了碱精练效果最好，谱图4反映了碱性果胶酶精练效果也较好，基本上检测不到果胶、棉蜡上羧基的存在，其精练效果接近于碱精练效果。

　　3、小结

　　1）试验证明：直接采用FT-IR ATR红外光谱对不同处理条件下的棉针织物进行分析，难以区分它们的区别；采用盐酸蒸汽对棉针织物进行处理之后再检测，能够很好的区分不同处理条件下的织物变化。因而能够通过对比谱图的变化为评价棉织物精练效果提供了一个快捷有效的方法。

　　2）萃取法结果表明，碱性果胶酶精练效果较好，基本上接近碱精练效果。FT-IR ATR法结果表明采用碱性果胶酶对棉针织物精练后，基本上检测不到果胶、棉蜡上羧基的存在，精练效果较好。FT-IR ATR法与萃取法测试结果相一致，进一步验证了FT-IR ATR法在棉织物精练效果评价方面的有效性。（作者：靳贺玲）

来源：南通市纺织工程学会网

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