鲜茧缫生丝与干茧缫生丝的性能对比

鲜茧缫生丝与干茧缫生丝的性能对比
黄继伟;洪基武;林海涛;程谦伟;蒋芳;罗文
【摘要】采用同一庄口的干茧和鲜茧在同一缫丝企业分别缫制干茧丝和鲜茧丝,对比分析鲜茧丝与干茧丝在含胶率、白度、抱合力、强力、X射线衍射曲线、红外光谱等方面的差异.实验结果表明:与干茧缫制的生丝相比,鲜茧缫制的生丝含胶率较高,白度、断裂强度和断裂伸长率均较大,但抱合性能较差;干茧缫制的生丝与鲜茧缫制的生丝在结构上没有明显的差异,均以无规卷曲和β-折叠的晶体结构为主.
【期刊名称】《丝绸》
【年(卷),期】2013(050)011
【总页数】5页(P28-32)
【关键词】干茧;鲜茧;生丝性能;鲜茧缫丝
【作者】黄继伟;洪基武;林海涛;程谦伟;蒋芳;罗文
【作者单位】广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006;广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006;广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006;广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006;广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006;柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司,广西柳城545200
【正文语种】中文
【中图分类】TS143.2
鲜茧缫丝是利用不经烘干的鲜茧直接进行缫丝的技术，该技术省去了烘茧工序，降低了能源消耗，在缫丝能力足够大的条件下，将是一种值得探索的缫丝技术。

该技术的发展有赖于鲜茧保鲜[1-3]、蚕品种改良[4-6]等相关技术研究的开展，而其后续相关工艺的研究中[7-8]，鲜茧缫制的生丝(以下简称“鲜茧丝”)与干茧缫制的生丝(以下简称“干茧丝”)之间是否存在性能差异，是该技术进一步发展中的关键问题。

现采用同一庄口、同一缫丝企业生产的鲜茧丝和干茧丝为实验原料，对比分析了鲜茧丝在含胶率、白度、抱合力、继裂强度和断裂伸长率等方面的性能，并通过X射线衍射、FT-IR手段分析了干茧丝与鲜茧丝的纤维结构，以期为鲜茧缫丝技术推广与应用提供参考。

1 实验
1.1 实验材料与仪器
试样准备:干茧丝、鲜茧丝为同一庄口的夏茧在同一缫丝企业(广西柳城县鹏鑫源茧丝绸有限公司)缫制，生丝规格均为22.2/24.4 dtex，两者的缫制工艺流程如下:1)干茧丝:鲜茧收购→热风烘干→剥、选茧→高温触蒸→触蒸平衡→机外真空渗透→
煮茧→缫丝→丝小给湿、平衡→复摇→摇取检验样丝;2)鲜茧丝:鲜茧收购→剥、选
茧→速冻(－22℃ ～－26℃)→低温恒温库储存→机外真空渗透→缫丝→丝小给湿、平衡→复摇→摇取检验样丝。

实验仪器:HH-6数显恒温水浴锅(常州国华电器有限公司);XD5102T型电子天平，YB802N型八篮恒温烘箱，WSB-3A智能式数字白度仪，Y731D型抱合力机，
YG(B)021HL电子复丝强力机(温州大荣纺织仪器有限公司);ZLB80型恒温恒湿箱(广州美亦丰试验设备有限公司);Nicolet Nexus470型FT-IR红外光谱仪(美国Thermo Nicolet公司);X’Pert Pro MPD型X射线衍射仪(荷兰帕纳科公司)。

1.2 实验方法
1.2.1 生丝含胶率测定
1)取样:用检尺器分别摇取干茧丝和鲜茧丝各9绞，在同一天的同一时段分别称其质量，记为M1。

对于同类型的9绞生丝，3绞用于回潮率测定，6绞用于含胶率测定。

2)回潮率测定:参照GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法》，将用于测定回潮率的3绞生丝烘干，并分别称重，记为M2。

按照式(1)分别计算各绞生丝的回潮率，然后取上述3绞生丝回潮率平均值作为该批样丝的回潮率。

按此步骤，可分别得到鲜茧丝和干茧丝取样称重时的回潮率，利用测得的回潮率和步骤1)中取样时称取的原重，可计算得到各绞试样的干重，记为M3:
3)含胶率的测定:将用于含胶率测定的6绞丝，分成3组，每组2绞。

分别对每组2绞样丝按照GB/T 1798—2008《生丝试验方法》中生丝含胶率的检验方法规定的脱胶工艺进行脱胶后，将试样按放入烘箱烘至恒重，称记脱胶后干重为M4。

则生丝的含胶率为:
对同一生丝试样含胶率连续测定2次，前后2次生丝含胶率差异不超过2%的测定结果的平均值，为该生丝试样的实测平均含胶率。

1.2.2 生丝白度的测定
将干茧丝、鲜茧丝分别剪成粉末，压制成表面平整、无凹凸面的试样面，使用白度仪分别测定各样品的白度值。

在同一测试条件下，连续3次测定结果之差不大于
0.3的测定结果的平均值为试样白度值。

1.2.3 生丝抱合力的测定
干茧丝和鲜茧丝的抱合力测定方法均按GB/T 1798—2008《生丝试验方法》执行。

1.2.4 生丝强伸度测定
待复摇工序完成后，分别从同一机组的不同大上摇取20小绞(每绞100回)干茧丝、鲜茧丝，置于温度为(20±1)℃、相对湿度为(65±2)%的恒温恒湿箱内平衡24 h后，使用YG(B)021HL型电子复丝强力机在预加张力1 cN、夹持长度为500mm、实
验速度为500mm/min的条件下测试。

每小绞生丝测2次，每个样品共测40次，求平均值。

1.2.5 X 射线衍射分析
分别将干茧丝、鲜茧丝剪碎，并研磨成微小的粉状颗粒，用筛子筛选能过80目的微粒用于测试。

使用荷兰帕纳科公司生产的X'Pert Pro MPD型X射线衍射仪，
在管电压40 kV，管电流40mA，使用Cu Kα线，扫描速度为2°/min的条件下
记录得到2θ在10°～60°的衍射强度曲线。

1.2.6 红外光谱分析
将干茧丝、鲜茧丝分别剪成粉状微粒，用KBr压片制样，用美国 Thermo Nicolet 公司生产的 Nicolet Nexus470型FT-IR红外光谱仪测定，扫描范围为400～4 000 cm－1，测得各生丝样品的红外吸收光谱。

1.2.7 相关参照标准
实验参考了以下标准:GB/T 1798—2008《生丝试验方法》;FZ/T 40004—2009《蚕丝含胶率试验方法》;GB/T 6682—2008《分析实验室用水规格和试验方法》;GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法》。

2 结果与讨论
2.1 生丝含胶率的对比分析
干茧丝与鲜茧丝的含胶率测定结果如表1所示。

表1 生丝的含胶率Tab.1 Thesericin content of rawsilk生丝样品含胶率/%干茧
丝第1次第2次平均值21.50 22.24 21.87鲜茧丝第1次第2次平均值26.55 25.29 25.92
由表1可知，鲜茧丝的含胶率明显大于干茧丝。

分析认为，这与鲜茧缫丝在缫丝前只进行机外真空渗透处理工艺有关[9]。

另外，由于鲜茧经烘燥、还性处理后，丝胶向易溶化趋势发展，使得干茧煮茧时丝胶更易溶失。

2.2 生丝白度的对比分析
干茧丝、鲜茧丝的白度测定结果如表2所示。

表2 生丝的白度Tab.2 The whiteness degree of rawsilk实验编号白度/%实验编号白度/%干茧丝 01 60.5 鲜茧丝01 68.2干茧丝02 60.7鲜茧丝02 68.2干茧丝 03 60.7 鲜茧丝03 68.2平均值60.6平均值68.2
由表2可知，与干茧丝的白度相比，鲜茧丝的白度较高。

分析认为，导致干茧丝白度相对较低的原因是干茧丝在生产的过程中原料茧要经过长时间高温烘茧、高温触蒸等工艺，造成芳香族氨基酸残基氧化，从而导致生丝黄变;另外，干茧在缫丝以前需要经过多道工序，易造成茧内的蛹油溢出，污染茧层，在缫丝的过程中部分蛹油和有色物质没有被除掉，仍然吸附在生丝表面，影响了生丝的白度。

2.3 生丝的抱合力的对比分析
干茧丝、鲜茧丝的抱合力测定结果如表3所示。

表3 生丝的抱合力Tab.3 The cohesive force of rawsilk?
由表3可知，与鲜茧丝的抱合力相比，干茧丝的平均抱合力要高11次，CV值低5.83%。

此结果说明，鲜茧丝和干茧丝的抱合存在较大的差异，干茧丝的抱合比较稳定，而鲜茧丝却很不稳定。

分析认为，干茧丝经过煮茧后丝胶膨胀更充分，有利于缫丝并合后的茧丝间的抱合，而鲜茧丝是采用经冷冻或未经任何高温处理的鲜茧直接缫制而成，仅依靠高温索绪锅内的水和热的作用对丝胶进行膨润、溶解，很难达到适宜的丝胶膨胀度[10-12]，更不利于丝胶在生丝表面均匀分布。

加上为防止
温度过高，茧层溃烂，鲜茧缫丝工艺过程中的温度相对干茧缫丝要低，丝胶的膨润程度小，导致鲜茧丝抱合力小且不匀。

2.4 生丝拉伸性能的对比分析
表4为干茧丝、鲜茧丝拉伸性能的测定结果。

表4 生丝的拉伸性能Tab.4 Thestrength of rawsilk注:生丝的断裂强度和断裂伸
长率是40次实验测定结果的平均值。

项目干茧丝断裂强度/(cN·dtex－1)断裂伸长率/%鲜茧丝断裂强度/(cN·dtex－1)断裂伸长率/%最大值 4.13 22.57 4.3521.08最小值2.61 10.11 3.13 12.33平均值 3.44 16.26 3.81 17.23 CV值/%10.13 14.88 6.94 11.47
由表4可以看出，与干茧丝相比，鲜茧丝的平均断裂强度提高 0.37 cN/dtex，断
裂伸长率增加0.97%，且鲜茧丝的断裂强度和断裂伸长率的CV值均较干茧丝的小，这说明鲜茧丝的强力性能比较稳定。

生丝伸长率与丝纤维丝胶含量的多少有密切关系。

一般来说，丝胶含量高，在生产过程中丝胶溶失又少的原料，其延伸性就好;
反之则差[13-14]。

本实验的2.1部分结果表明，与干茧丝的含胶率相比，鲜茧丝
的含胶率较高，故鲜茧丝的伸长率较好且稳定。

当然，生丝的强度和伸长率还受缫丝张力、生丝的回潮率、复摇工艺等因素的影响，鲜茧缫丝工艺对生丝强力的影响还需要进一步研究。

2.5 X射线衍射对比分析
根据前人的研究结果，丝素蛋白分为SilkⅠ型和SilkⅡ型，SilkⅠ型的主要衍射特
征峰的2θ分别为12.2°(中强)、19.7°(强)、24.7°(中)、28.2°(中)、32.3°(中弱)、36.8°(中弱)、40.1°(中弱);silkⅡ型主要衍射峰的2θ分别为9.1°(中强)、18.9°(中强)、20.7°(很强)、24.3°(弱)、39.7°(弱)[16-17]。

将 X 射线衍射曲线采用Savitzky-Golay 51点2次平滑处理后得 XRD 图[18]，如图1所示。

图1 生丝的X射线衍射曲线Fig.1 The XRD curves of rawsilk
由图1可知，鲜茧丝在2θ为20.7°处出现了很强的衍射峰，干茧丝在2θ为20.1°出现了很强的衍射峰，但在12.2°未出现中强的衍射峰、也未在19.7°附近出现强
的衍射峰，这表明鲜茧丝与干茧丝均以SilkⅡ型的晶体结构为主，且在结构上无明显差异。

衍射峰的位置与纯丝素的SilkⅡ型相比有些偏移，衍射曲线不规则，是由于受生丝表面覆盖的丝胶(20%～30%)无定形松散结构的影响。

2.6 红外光谱对比分析
蛋白质分子的构象可以根据其红外光谱曲线上的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ及酰胺Ⅴ吸收峰的位置加以分析和判断[19]。

干茧丝、鲜茧丝的红外光谱如图2所示。

图2 生丝的红外光谱Fig.2 The FTIRspectra of rawsilk
由图2可知，干茧丝的特征峰在1 653.3 cm－1(酰胺Ⅰ)、1 523.5 cm－1(酰胺Ⅱ)、1 228.2 cm－1(酰胺Ⅲ)、630.1 cm－1(酰胺Ⅳ)处;鲜茧丝的特征峰在1 652.0 cm－1(酰胺Ⅰ)、1 520.4 cm－1(酰胺Ⅱ)、1 237.4 cm－1(酰胺Ⅲ)、638.4 cm－1(酰胺Ⅳ)处。

干茧丝与鲜茧丝的特征吸收峰接近，干茧丝与鲜茧丝的丝素纤维的构象均以无规卷曲结构为主，且具有β-折叠构象的特征。

但鲜茧丝的
丝素纤维的β-折叠构象的特征较弱，即鲜茧丝含有更多的未β化的无规卷曲肽链。

干茧丝与鲜茧丝的红外光谱分析表明，两者在结构上没有明显的差异，这与X射
线衍射分析的结果是一致的。

3 结论
1)与干茧生丝相比，鲜茧生丝的含胶率较大，白度较高;鲜茧生丝的平均断裂强度
和断裂伸长率均有提高，且不同丝绞之间的生丝强力的变异系数较小，即生丝纤维的拉伸性能更加稳定。

但是鲜茧生丝的抱合力小且不匀，而生丝的抱合性能直接影响丝绸产品的加工和使用性能，故为了推广鲜茧缫丝技术，应该对改善鲜茧丝的抱合力问题作进一步的研究。

2)对干茧生丝与鲜茧生丝的结构研究表明，两者在结构上没有太大的差异，主要以
无规卷曲结构和β-折叠的结晶结构为主。

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