林海濤， 趙樹強， 凌新龍， 覃朝熙(.廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；.鹿寨縣貴盛繭絲工貿(mào)有限公司，廣西 鹿寨 545600)

研究與技術(shù)

桑蠶絲絲綿生產(chǎn)加工技術(shù)研究進(jìn)展

林海濤1， 趙樹強1， 凌新龍1， 覃朝熙2
(1.廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.鹿寨縣貴盛繭絲工貿(mào)有限公司，廣西 鹿寨 545600)

桑蠶絲綿作為絲綿被的填充物，以其輕軟、吸濕、舒適、不刺癢、保暖性好、彈性好等特點深受市場和消費者的青睞，由其制成的絲綿被不僅對人體皮膚及心血管有保健功效，還是重要的傳統(tǒng)出口絲綢產(chǎn)品。然而以桑蠶絲為原料制作絲綿的過程中需要除去殘余絲膠和油脂等雜質(zhì)，以利于絲綿后整理工序的順利進(jìn)行。結(jié)合近年來制綿工藝及處理技術(shù)的一些研究成果，簡要概述絲綿生產(chǎn)加工技術(shù)及功能性整理的研究進(jìn)展，分析不同加工技術(shù)對絲綿的處理效果及制綿工藝中存在的問題，指出制綿的一些高新改進(jìn)技術(shù)及開發(fā)具有高附加值的新型功能性整理。

桑蠶絲；加工技術(shù)；制綿工藝；改進(jìn)技術(shù)；功能性整理

絲綿被作為一種高檔寢被用品，其不僅具有蓬松爽滑的特點，還具有防止風(fēng)濕癥、關(guān)節(jié)炎及皮膚病，改善睡眠質(zhì)量等作用，它既可以用作夏季的空調(diào)被，也可用作冬季的防寒被。桑蠶絲絲綿作為絲綿被生產(chǎn)的填充物，表面殘余絲膠和雜質(zhì)的存在卻影響絲綿的光澤、手感，因此在制作絲綿的過程中，脫膠除油技術(shù)是絲綿加工中的一個重要環(huán)節(jié)。近年來，這方面的研究日益受到重視，許多新的研究被報道。本文通過對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析總結(jié)，結(jié)合筆者所在團(tuán)隊的研究，比較了不同加工技術(shù)的特點與存在問題，并在此基礎(chǔ)上闡述了絲綿生產(chǎn)加工技術(shù)的發(fā)展方向。

1 絲綿的概述

1.1 絲綿的來源及加工流程

蠶繭經(jīng)混、剝、選工序得到的一些下繭(如雙宮繭)，還有繅絲過程中產(chǎn)生的一些副產(chǎn)品(如蛹襯、汰頭、滯頭等)也可以作為絲綿的原料，如圖1所示。手工絲綿傳統(tǒng)上采用蠶繭為原料，經(jīng)蒸煮、漂洗、剝繭開綿、晾曬或烘干等工序手工制作，如圖2所示。隨著蠶絲加工機械與設(shè)備的發(fā)展，當(dāng)前的絲綿加工均采用機制絲綿的方式，經(jīng)選繭、打綿、煮練、漂洗、晾曬或烘干等工序制成優(yōu)良的絲綿被填充物，如圖3所示。

圖2 手工絲綿制作過程Fig.2 The production process of handmade silk floss

圖3 機制絲綿制作過程Fig.3 The production process of machine-made silk floss

1.2 絲綿的性狀特征

絲綿的加工方式有手工和機制之分，手工絲綿形狀呈袋形且絲綿纖維呈網(wǎng)狀交叉，存在絲筋和少量綿塊，且含膠量很高；采用桑蠶絲制成的機制絲綿外形呈方形，而且很白。絲綿所用的原料不同，其特征也不同，比如用雙宮繭加工的絲綿手感柔爽，沒有明顯綿塊、絲筋；以次繭為原料制成的絲綿摻雜著很多繭屑和蛹皮[1]。絲綿中除了含有絲膠外，還有色素、油脂等雜質(zhì)，絲綿使用一段時間后，會出現(xiàn)異味、絲綿板結(jié)等問題。為了使絲綿具有保暖、柔軟、舒適等性能，在制作絲綿的過程中要嚴(yán)格控制好絲綿的含油率。另外，采購原料時，要確認(rèn)其質(zhì)量好壞，避免劣質(zhì)原料流入生產(chǎn)線。

2 桑蠶絲絲綿的加工技術(shù)

2.1 絲綿脫膠方法

2.1.1 堿 法

堿法是利用練液中的堿劑偏離絲膠的等電點，從而加速絲膠的膨化和水解，并穩(wěn)定地分散在練液中。一般用于脫膠的堿劑有碳酸鈉、碳酸氫鈉[2]、氫氧化鈉[3]等，其中用氫氧化鈉處理絲綿，30 min后絲膠全部溶解，然而絲綿纖維的強力和彈性變得很差[4]；而用碳酸鈉精練絲綿，研究結(jié)果表明，其脫膠效果的不同源于碳酸鈉溶液的濃度[5-7]。張雨青等[8]采用碳酸鈉處理絲綿，研究發(fā)現(xiàn)絲綿的殘膠率隨著溶液濃度加大而有明顯降低?？傊?，堿法脫膠能減輕泛黃程度，而且化學(xué)試劑耗費少，然而堿法脫膠的工藝條件若控制不當(dāng)，如用堿濃度高、脫膠時間長等都會對絲綿中的絲素造成損傷。

2.1.2 皂 法

皂法一般是以中性的肥皂溶液為脫膠劑，利用肥皂表面的活性作用來加速絲膠的膨潤和溶解，使之脫離絲綿。另外，肥皂的乳化作用還能去除絲綿纖維上的油脂，用于脫膠的肥皂有松節(jié)油皂[9]、硬脂酸鈉[10]、蠶蛹油皂[11]等。Chopra等[12]用馬賽皂對絲綿進(jìn)行精練處理，精練后絲綿的脫膠率達(dá)到21.58%，其絲鳴感、彈性等指標(biāo)均有不同程度的改善。皂法脫膠的優(yōu)點是處理后的絲綿手感柔軟、干爽，然而用皂量大、脫膠能力低，而且絲綿中殘留的皂劑隨著時間的延長會出現(xiàn)絲綿染斑、泛黃、脆化等問題。另外，皂劑還容易受練液中硬水的影響而增加絲綿加工的成本，因此只停留在實驗階段，沒有實際生產(chǎn)價值。

2.1.3 酶 法

酶對化學(xué)反應(yīng)的速率有顯著的提高，同時反應(yīng)前后不發(fā)生變化。然而酶還具有其他特殊的性質(zhì)，如高效專一性、反應(yīng)溫和性、易降解性和易變性等。目前國內(nèi)用于絲綿脫膠的酶有胰蛋白酶、胃蛋白酶[13]、木瓜蛋白酶[14]和胰酶等。酶法脫膠的優(yōu)點為酶用量少，環(huán)境污染小，處理后的絲綿手感柔軟，然而該方法的缺點是：由于酶的專一性很強，不能除去絲綿纖維中的浸漬助劑、油脂等其他雜質(zhì)，且絲綿的殘膠率很高。因此酶法要結(jié)合其他方法來精練絲綿，如酶-皂脫膠、酶-合成洗滌劑脫膠、酶-微波脫膠[14]、堿預(yù)處理-酶脫膠等。Arami等[15]采用混合蛋白水解酶進(jìn)行脫膠實驗，其絲綿的練減率、強力等質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)于皂法脫膠的質(zhì)量指標(biāo)。

2.1.4 酸 法

絲綿通常是在堿性溶液中脫膠，但是高濃度堿處理絲綿又會損害絲素纖維，然而酸也可以作為一種處理絲綿的脫膠劑，其原理是酸性溶劑攻擊連接天門冬氨基酸和谷氨酸之間的肽鍵，使其發(fā)生酸性水解，生成溶于水的多肽，且酸性溶劑對油脂無乳化作用。酸法脫膠常采用硫酸或鹽酸作為脫膠劑，酸的摩爾濃度為0.015～0.020 mol/L，脫膠溫度為95～97 ℃，處理時間為10～50 min[16]。脫膠的酸劑還有檸檬酸[17]、乳酸、酒石酸[18]、乙酸等，其中林海濤等[18]用酒石酸進(jìn)行脫膠實驗，研究發(fā)現(xiàn)脫膠溫度(93 ℃)保持不變，絲綿的脫膠速度會隨著時間的延長而變慢很多；Md. Majibur Rahman Khan等[19]采用檸檬酸對蠶絲進(jìn)行精練，研究脫膠完全的脫膠絲物理機械性能和染色性能良好；有學(xué)者用25 g/L的草酸在pH5，溫度為90 ℃的條件下進(jìn)行脫膠實驗，研究發(fā)現(xiàn)脫膠2 h后可以獲得完全脫膠及絲綿染色性能良好的效果[20]。

酸法脫膠的優(yōu)點是處理后的絲綿強力好，制成率高；缺點是此法脫膠不具有針對性，使得精練過程無法控制。另外，脫膠時產(chǎn)生的刺激氣味會對設(shè)備和人體皮膚造成不同程度的損傷，嚴(yán)重影響其服用性能，因此極少使用。

2.1.5 其他脫膠方法

絲綿殘膠率的存在會影響絲綿的手感、光澤及絲綿的后續(xù)工藝，因此在制綿工藝中，要選擇合理的脫膠方法。絲綿脫膠的方法除了以上方法外，還有沸水法、皂堿法、超聲波輔助法等。

超聲波在傳播過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和聲空化[21-22]能夠降低化學(xué)品的消耗和能量損耗，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，加速反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)周期，提高反應(yīng)產(chǎn)率，改變反應(yīng)途徑，增加反應(yīng)物表面接觸面積，加速溶解[23-27]等。蔣芳等[28]利用超聲波對長吐條進(jìn)行脫油脫膠預(yù)浸處理，發(fā)現(xiàn)能減少絲綿加工的時間，耗能量也很低，但也存在很多問題，如噪音高、生產(chǎn)成本高等[29]。隨著先進(jìn)科技的發(fā)展和高性能超聲波設(shè)備的普及，將超聲波應(yīng)用于絲綿初加工工藝中能成為一種新型絲綿初加工方法。

沸水法是基本沒有加入化學(xué)助劑，僅靠煮沸的水來進(jìn)行精練，然而要求的溫度很高、反應(yīng)時間長[30]，而且處理后的絲綿白度也不高。因此，該法并不適合企業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)，僅適用于實驗室研究。

通常皂堿法作為一種傳統(tǒng)的絲綿精練方法，不僅脫膠效果好，而且絲綿的強力、彈性和手感等性能優(yōu)異。另外，肥皂的表面活性作用還能促使絲綿脫膠均勻。皂堿法的優(yōu)點是處理后的絲綿光澤肥亮，其手感柔軟滑爽，富有彈性，可防止絲綿折皺和擦傷，但是絲綿易吸收練液中的鈣、鎂皂，且絲綿中殘留的肥皂隨著時間的延長會導(dǎo)致絲綿泛黃脆化[31]，影響絲綿織物的手感。

2.2 絲綿除油方法

絲綿里殘余絲膠和雜質(zhì)的存在會使絲綿產(chǎn)生異味，進(jìn)而影響絲綿的服用性能，因此必須通過去油工藝去除雜質(zhì)。目前絲綿除油的方法有：有機溶劑脫油，浸洗法脫油，皂堿法脫油，微生物化學(xué)精練脫油，表面活性劑脫油等。其中，表面活性劑精練除油是利用其“相似相溶”原理對油脂進(jìn)行溶解處理，從而達(dá)到除油的目的。封寶山等[32]用6號輕汽油處理絲綿后，絲綿的白度、壓縮率等性能指標(biāo)均有大幅度的提高。而微生物化學(xué)精練除油法雖然較老，但是卻擁有非常好的精練除油效果，在低溫下就可進(jìn)行，耗能耗材少，不傷纖維，而且處理后的絲綿質(zhì)量好，但缺點就是比較耗時耗人工、除油效率很低、環(huán)境污染大[33]。

3 絲綿的功能化整理

隨著時代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來高分子材料和化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展及綠色環(huán)保纖維的問世，使得絲綿的服用性能面臨著嚴(yán)峻的考驗。加上絲綿本身存在的一些缺陷，如絲綿使用一段時間后，會出現(xiàn)絲綿板結(jié)、收縮等，因此為了保持原有的優(yōu)良風(fēng)格，有必要改善絲綿的抗菌、防臭、抗皺等性能。儲呈平等[34]采用繭絲膨化煮繭技術(shù)處理絲綿后，改善了其回彈性、柔軟性和膨松性。馮志紅等[35]采用自制柔軟劑和堿液在超高溫的條件下處理絲綿，使得絲綿的蓬松性和彈性等得到了不同程度的改善。

納米技術(shù)的發(fā)展為開發(fā)功能性絲綿開辟了新的途徑，將絲綿與一些擁有特殊功能的納米微粒結(jié)合，開發(fā)多功能、高附加值的絲綿，能有效改善絲綿性能，這已成為目前絲綿開發(fā)的新熱點。Lu等[36]將納米粒子通過浸涂工藝固定在絲綿表面，使絲綿的紫外防護(hù)和抗菌性能得到一定程度的提高。

等離子體處理技術(shù)作為一種紡織材料改性新技術(shù)，處理絲綿時成本低，可操作性高，而且用等離子體技術(shù)處理后的絲綿不僅保持了絲綿本身的優(yōu)良性能，還賦予了其新的特征或消除某些缺點。Gogoi等[37]用Ar等離子體放電對絲綿進(jìn)行改性，使其疏水性及強力有了一定的提高。Paosawatyany-ong等[38]通過射頻等離子體技術(shù)輔助接枝、共聚等手段對絲綿纖維進(jìn)行改性，并且讓甲基丙烯酰基乙氧基磷酸二苯酯(MEDP)作為納米涂層，賦予絲綿一些性能(如絲綿的阻燃性能)，能發(fā)現(xiàn)絲綿表面覆蓋著炭化層?？傊?，應(yīng)加大對等離子體的研究和開發(fā)力度，使等離子體處理技術(shù)有更大的前景。

近年來，微膠囊技術(shù)在絲綿的功能整理方面也有應(yīng)用，如絲綿的芳香整理、阻燃整理、防臭抗菌整理等。盛家鏞等[39]用微膠囊技術(shù)對絲綿進(jìn)行微膠囊芳香整理，研究發(fā)現(xiàn)此技術(shù)的應(yīng)用賦予了絲綿被持久芳香的特性。雖然微膠囊技術(shù)用于絲綿功能性整理的應(yīng)用有限，但是隨著微膠囊技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展，制備工藝的日益成熟，相信微膠囊技術(shù)在紡織整理方面會有更大的前景。

4 展 望

絲綿生產(chǎn)加工既要除去油脂和絲膠等雜質(zhì)，又要改善絲綿的服用性能，從絲綿生產(chǎn)加工技術(shù)的優(yōu)點和缺點中發(fā)現(xiàn)，有必要研究和推廣一些高新技術(shù)改進(jìn)制綿工藝，從原料到加工過程都要滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。今后的研究方向可以從以下幾方面考慮：一是積極開發(fā)多種方法(如酶精練方法、等離子體技術(shù)等)結(jié)合的制綿工藝技術(shù)，以便用此技術(shù)規(guī)模化開發(fā)生產(chǎn)削口絲綿、雙宮絲綿、上繭絲綿等優(yōu)質(zhì)蠶絲綿；二是由于國家標(biāo)準(zhǔn)中無絲綿含膠率的考核指標(biāo)，目前也無有效的檢驗方法，因此具體脫多少會對絲綿的加工和品質(zhì)帶來影響，也沒有一定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此要開發(fā)一種絲綿含膠率的檢測技術(shù)，既要符合國家的檢測標(biāo)準(zhǔn)，又要符合企業(yè)制綿工藝中絲綿含膠率的測定要求；三是由于現(xiàn)行制綿工藝的局限性，絲綿使用一段時間后，由于脫膠不完全，導(dǎo)致絲膠變性粘連，使得絲綿的彈性和蓬松性難以恢復(fù)到原來的狀態(tài)，進(jìn)而影響絲綿的服用性能。因此，今后不管是濕法(打綿機打綿或手工剝綿)還是干法制綿，有必要開發(fā)生態(tài)全脫膠制綿工藝；四是在保留和提高絲綿服用性能的同時，還要開發(fā)一些具有高附加值的新型功能性整理，并且運用已有成果的先進(jìn)技術(shù)，規(guī)?；_發(fā)生產(chǎn)負(fù)離子保健蠶絲被、耐久芳香蠶絲被、具有免翻拆功能的“可全幅打開型”蠶絲被等功能性蠶絲被產(chǎn)品，給企業(yè)帶來商機和經(jīng)濟(jì)效益。

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Researchprogressofthemulberrysilkproductionandprocessingtechnology

LINHaitao1,ZHAOShuqiang1,LINGXinlong1,QINChaoxi2
(1. College of Biological and Chemical Engineering,Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China; 2. Guangxi Luzhai County Guisheng Cocoon Silk Industry and Trade Co., Ltd., Luzhai 545600, China)

The mulberry silk which is used as a filler of silk floss quilt is deeply favored by the market and consumers because of the characteristics as softness, moisture absorption, comfort, not tickling, warmth retention property and good elasticity. The silk floss quilt which is made of the mulberry silk is not only good for human skin and cardiovascular health, but also an important traditional Chinese silk products for export. However, residual impurities such as sericin and grease need to be removed in the process of making silk floss with mulberry silk as raw materials so as to facilitate the silk floss finishing process. According to some research results of silk production and processing technology in recent years, the research progress of floss silk production technology and functional finishing are briefly summarized. Besides, the influence of different processing technologies on silk processing effect and the existing problems in the process of making floss silk are analyzed. Finally, some new improved technologies of silk production and the development of new functional finishing with high added value are pointed out.

the mulberry silk; processing technology; silk production; improved technology; functional finishing

TS143.2

A

1001-7003(2017)10-0012-06 < class="emphasis_bold">引用頁碼

頁碼: 101103

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.10.003

2017-03-02;

2017-09-01

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(桂科AA16380045)；柳州市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計劃項目(2011E010101)