1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 丝胶整理非织造材料的工艺试验及其性能研究 一、选题的背景、意义 蚕丝主要由内层的丝素和外层的丝胶两部分组成，其中丝胶约占 25 30%【 1】 ，它对包裹在其内部的丝素起着保护和粘接的作用。 丝胶是一种球状蛋白，相对分子量为 1.4 31.4 万，有 18 种氨基酸组成，其中丝氨酸、天门冬氨酸和甘氨酸含量较高，相对质量分别达到 33.43%、 16.71%和 13.49%【 2】 ，并且在组成丝胶的氨基酸中，极性侧链氨基酸占 74.61%，因此丝胶表现出良好的水溶性和吸水性 【 3】 。长期以来，由于制丝及纺织 工艺的需要，丝胶没有得到有效利用，而是逐步将其
2、脱掉，并随废水一起排放。但是近些年，通过人们对丝胶的深入研究发现，其具有抗氧化性、抗紫外性、保湿性及生物相容性等特殊性能 【 4】 。 由于丝胶的特殊性能，其已被广泛运用于化妆品、医药及生物材料等一系列终端产品。比如在日本已问世的主要以丝胶为添加剂的洁面乳、沐浴露及护发素等，其利用丝胶具有调湿、保湿及抗氧化作用的功能，使肌肤保持光滑、白皙和富有弹性 【 5】 。通过对白鼠进行实验发现，在食物中加入丝胶蛋白，可有效促进肠道对锌、铁、镁、钙元素的吸收。经过丝胶整理后的涤纶织物，其吸湿性能得到明显改善，并且用酸性染料染色时，染色均匀、牢度较高 【 6】 。此外，丝胶还可作为固定化酶载体、新型骨科修复
3、、水泥添加剂等方面的材料。 我国作为丝绸生产规模最大的国家，特别加入世贸组织后，蚕丝作为我国能主导国际市场的极少数的优势农产品之一，其生产量一直保持在较高的水平，据相关报导，我国每年生产桑蚕丝生丝约 6 8万吨，其中就会产生 2 3万吨的丝胶蛋白。 因此，从我国丝胶蛋白的资源及可持续发展的角度出发，应对丝胶资源进行回收利用，使之“变废为宝”。虽然，现阶段对丝胶的回收利用已取得了一定的成果，但其还存 在着广阔的发展空间，比如丝胶对无纺布材料整理的研究在国内外还几乎是一片空白。 非织造布作为新型的纤维制品，由于其具有轻薄、柔软、吸湿等特殊性能，且具有生产流程短、产品用途广及生产成本低等优势，已占据
4、了广阔的市场，比如在个人卫生领域、医疗保健领域、农业领域都可见其身影 【 7】 。 2 特别是无纺布独具的多孔结构，使其特别适合于浸渍液体，做美容护肤的材料，尤其是无纺布作为面膜基材的首先材料，对其用于面膜的整理层出不穷，但采用丝胶为添加剂的面膜在市场上还微乎其微，基于丝胶在护肤方面的特殊性能，用丝胶整理无纺布，必将开启无 纺布整理添加剂的又一次革新。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 丝胶蛋白的回收现状 随着材料科学的进一步发展和运用技术的日趋完善，在国内外已得到了丝胶的多种回收技术，比如有冰冻法、酸析法、化学混凝法、有机溶剂沉淀法、离心法及超滤法。下面列出了国内外丝胶回收的一些典型技术
5、： 2.1.1 冰冻法 此法依据蛋白质溶液在温度下降时会凝结成冻胶状态产生凝胶的特点。在 PH=7、 -24下冰冻 11h使废水中原来分散的蛋白质颗粒开始彼此连接起来，形成复杂网状结构，以絮凝状沉淀形式把丝胶颗粒从胶体溶液中分离出来。 冰冻 法回收丝胶的优点是工艺流程简单、设备投资少、且回收率比较高，工业化推广难度不大，但是回收的丝胶蛋白分子量分布范围较大，纯度不高。 2.1.2 酸析法 酸析法是丝胶回收中最常用的方法，它根据丝胶蛋白的两性性质，通过调节溶液 PH 值来达到提取丝胶的目的。 酸析法回收丝胶的优点是工艺比较简单，回收的丝胶相对比较纯净，回收所需成本低，缺点是回收率不高，大约为 4
6、0%左右，而且对设备耐酸性要求较高，且丝胶中含有 HCl 和 NaCl 等，用作医药原料受到限制，工业运行中这种回收方法并不经济，可操作性不强。 2.1.3 化学混凝法 它根据丝胶蛋白的交替性质，在丝胶蛋白质废水中加入絮凝剂如聚合 AlCl、明矾和 CaCl2饱和溶液等以破坏蛋白质胶体溶液的稳定，从而使丝胶蛋白沉淀、分离。 化学混凝法回收丝胶的优点是沉淀所需时间少，工艺方法简单，设备投资少且回收成本低。但由于丝胶纯度和回收率的限制，可工业化的程度一般。 2.1.4 有机溶剂沉淀法 它利用乙醇或丙酮等有机溶剂来破坏蛋白质胶粒的水化层，从而使蛋白质从溶液中沉淀下来。 3 有机溶剂沉淀法回收丝胶的优
7、点是提纯的丝胶绝大部分颗粒溶性较好，且纯度较高，回收的丝胶运用范围广，但在丝胶回收中要注 意防止丝胶蛋白的变性。由于处理成本较高，所以此法只适用于浓缩后的丝胶溶液的进一步提纯。 2.1.5 离心法 含丝胶蛋白的废水属胶体溶液，由于废水中丝胶颗粒和水的质量不同，受到的离心力大小也不同，因此经高速离心机作用后，将废水的胶体层与水层分开而达到分离的目的。 离心法回收丝胶的优点是回收运行费用不高，但只适用于已沉淀下来的丝胶与水的分离，未经沉淀的丝胶废水用离心机无法高效地回收丝胶，且此法回收丝胶的纯度和回收率都很低。 2.1.5 超滤法 丝胶蛋白质分子量大，依据膜表面孔径筛分机理、膜孔阻的阻滞机理和膜面
8、及 膜孔对粒子的一次吸附机理，丝胶蛋白几乎不能穿过半透膜，从而达到提纯丝胶蛋白的目的。 超滤法回收丝胶的优点是可选择不同的孔径，对丝胶蛋白质进行选择性地过滤回收，此法回收丝胶的纯度较高，且回收率高达 90%以上。但超滤法的缺点是设备成本高，且要定期对膜进行清洗更换。 由此可见，目前丝胶的回收技术已十分成熟，因此为从蚕丝脱胶废水中进行丝胶的回收提供了技术保障，也为本论文丝胶整理非织造材料的后续研究创造了先决条件。 2.2 丝胶整理技术的现状 由于丝胶回收技术的日益成熟，丝胶蛋白作为一些纺织制品的整 理剂也日益受到人们的青睐，到目前为止也取得了一些研究成果，以上列出了目前丝胶整理的一些典型实例：
9、2.2.1 丝胶整理纯涤纶织物 运用正交设计法，对经碱减量处理后的纯涤纶织物进行丝胶改性处理，通过控制丝胶浓度、温度、处理时间和交联剂浓度四个变量，得到当温度为 80，反应时间为 40min，丝胶浓度为2%时，交联剂浓度为 2%时，涤纶织物吸收丝胶率达到最大 【 8】 。 经丝胶改性后的涤纶织物，其吸放湿能力、毛细效应得到明显改善，抗静电能力也大有改进，同时也基本保持着其原有的强度。 2.2.2 丝胶整理纯棉织物 运用正 交设计法，对经脱蜡之后的纯棉坯布进行丝胶改性处理，通过控制丝胶浓度、温度和处理时间三个变量，得到当温度为 90，反应时间为 60min，丝胶浓度为 2%时，纯棉织物吸收丝胶率
10、达到最大 【 9】 。 4 经丝胶处理后的棉织物的吸水性能比未经丝胶处理的棉织物的吸水性能要好，且经丝胶处理后织物具有暖感倾向，平整度也有明显改善。 2.2.3 丝胶整理全棉无纺布 通过如下流程：棉半制品非织造布水洗晾干浸润压辊粘合（二浸二轧，轧液率 80%）烘燥成型对纯棉无纺布进行丝胶处理而制得可降解型的环保地膜。运用正交设计，通过控制胶液 因子和丝胶浓度，得到制取纯棉无纺布地膜的最佳工艺为明胶浓度 4%，树脂 1%，无引发剂及丝胶浓度 10 【 10】 。 经上述最佳工艺得到的地膜其具有强力高、透水性好、成本小及保温效应好的优点，是未来新型环保地膜的理想之选。 2.3 非织造材料整理的现状
11、 按常规生产工艺的非织造材料，由于原料和工艺技术方面的限制，自身存在一定的缺陷，造成其运用范围受到很大的限制，因此必须对非织造材料进行一定的整理。 2.3.1 化学粘合整理非织造材料 化学粘合加固是非织造布生产中运用历史较长，使用较广的一种加固方法。化学粘合法采用多种方 法，将粘合剂以乳液或溶液形态，均匀的分布在纤网上，经固化使纤维网内纤维相互粘合而使纤网加固的一种粘合工艺。化学粘合法可分为浸渍粘合法 【 11】 、泡沫浸渍粘合法及喷洒粘合法等。其工艺为纤网首先喂入有粘合剂的浸渍槽中，浸渍后经过一对压辊或吸液装置去除多余的粘合剂，再通过烘燥装置使纤网得到固化而成为非织造材料。因此，往化学粘合剂
12、中加入功能性物质即可对非织造材料进行在线整理 【 12】 。 2.3.2 微胶囊技术整理非织造材料 微胶囊技术是指将某种功能性物质用某些高分子化合物或无机化合物经机械或化学方法包覆起来，制成直径 1 500 m 的核壳机构微小粒子的一门技术 【 13】 。微胶囊具有增进被封闭物质功能的缓释性、长效性及稳定性等功能。目前微胶囊的制备方法有物理法和化学法，化学方法主要是利用单体发生聚合反应，形成高分子壁材将芯材包裹起来。物理方法主要包括喷雾干燥法、喷雾冷凝法及空气悬浮法等。制成的微胶囊通常与粘合剂一起喷涂到非织造材料上，粘着在纤网上，纤网经过多组压辊的作用，使胶囊全部进入纤网内部。 2.3.3 涂
13、层技术处理非织造材料 非织造涂层是在非织造基材上均匀地涂覆高分子聚合物或其它功能性物质，成为一种涂层材料。非织 造基材经涂层加工后，高分子聚合物一般不进入纤维内部，而在非织造基材表面形成一5 连续的膜，单独承担某种功能。目前的涂层工艺有刮刀涂层、辊式涂层、喷洒涂层及湿法涂层等。 2.3.4 复合技术整理非织造材料 复合技术分为层压复合和工艺复合。层压复合就是把两层或两层以上的材料叠合，通过加压粘合成为一体。工艺复合就是将两种或两种以上的材料用两种或两种以上的非织造加工工艺组合完成的技术。通过复合整理可获得人们所需的功能性材料。 上述的整理技术都能制得功能性非织造材料，但当功能性物质为丝胶时，复
14、合技术就很难完成丝胶对非织造 材料的整理。因此，要根据需要选择合理的工艺来进行非织造材料的整理。 2.4 丝胶整理非织造材料的运用前景 目前，丝胶在整理织物方面已有一定的进展，但丝胶用于非织造材料的整理却相对滞后，除了上述丝胶对纯棉无纺布进行整理生产地膜的研究外，还没有涉及丝胶整理非织造材料用于其它领域的研究。但是非织造作为我国的朝阳工业，其产品已悄然充盈整个社会生活，特别是在一次性产品中的运用，其始终占据着纺织品销售量的第一位 【 14】 。而且现在也已有利用废丝来生产无纺布，进而增加产品的附加值和多样化的研究 【 15】 。因此，利用丝胶对非织 造材料进行整理，必将开创无纺布整理的又一片天
15、地。 、 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 3.1 课题的研究内容 （ 1）采用如下流程：非织造材料 选择 配置丝胶液 二 浸二轧 预烘焙烘 成型。 （ 2）对丝胶整理非织造材料的工艺进行筛选，包括 非织造材料选择、 丝胶浓度、 预烘和焙烘 温度 及 时间 、 轧液率、 固胶助剂 。 （ 3）对经丝胶整理后的非织造材料进行测试，包括增重率、厚度、毛细效应、保湿性及其结构特征（采用 SEM和红外光谱分析），进而综合筛选出丝胶整理非织造材料的最佳工艺参数。 3.2 课题的研究方法 （ 1）通过查阅国内外的各种相关文献，获得大量有关丝胶、无纺布方面的资料。 （
16、 2）制定实验方案，选择有代表性的非织造材料，并采用丝胶对所选非织造材料进行整理。 （ 3）通过大量实验确定整理时 丝胶的浓度、整理的温度、整理的时间及压辊的压力，测试并分析经不同工艺条件整理后非织造材料的增重率、厚度、毛细效应、保湿性及其结构特征（采用 SEM和红外光谱分析），从而得到最佳的整理工艺参数。 6 3.3 技术路线及研究难点 3.3.1 技术路线 课题的开展大体分为六部分：第一，在导师指导下初步选题；第二， 搜集、阅读和整理有关丝胶和无纺布方面的资料，并撰写开题报告；第三，论证与组织（拟写开题报告）；第四，实验研究与分析，得到最佳整理工艺参数；第五，撰写毕业论文；第六，毕业论文的
17、修改与定稿。 本论文实验技术路线如下 3.3.2 研究难点 由于到目前为止，国内外有关丝胶整理非织造材料方面的试验研究还微乎其微，因此，本课题很难参考、借鉴相关的资料，而必须要进行探索性的工艺研究，工艺条件的选取就给本课题增加了难度。并且在论文的设计过程中需要处理好课堂学习、实习 、就业等与论文写作的关系，需要合理安排时间，使几者协调。 3.4 预期到达的目标 经丝胶整理后的非织造材料具有良好的综合性能，获得丝胶整理非织造材料的最佳工艺参数，并在此基础上完成相关学术论文一篇。 四、论文详细工作进度和安排 非织造材料预处理 浸润 压辊粘合 烘燥 成型 结构特征 增重率 厚度 毛细效应 保湿性 7
18、 2010年 10月 18 日 2010年 10月 30日：教师确定毕业论文题目，学生完成选题； 2010年 10月 30日 2010 年 12 月 30 日：学生完成论文参考文献查阅、外文翻译、文献综述、开题报告； 2010年 01月 04 日 2010年 03月 28日：完成论文的准备，初稿撰写； 2010年 03月 30 日 2010年 05月 14日：毕业论文修改和定稿上交； 2010年 05月 15 日 2010年 05月 25日：毕业论文评阅； 2010年 05月 26 日 2010年 05月 30日：毕业答辩及成绩评定。 五、主要参考文献 1 许复乾，俞权 绢纺学 M 北京：纺织
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