羊毛染色技術(shù)的研究

羊毛染色技術(shù)的研究

——物理化學(xué)課題研究

背景羊毛是一種優(yōu)良的天然蛋白質(zhì)纖維,以其豐滿的手感,優(yōu)良的吸濕性、彈性、透氣性、保暖性、舒適性以及獨特的成衣效果而深受人們的喜愛。羊毛表面被有定向摩擦效應(yīng)的鱗片層覆蓋,呈疏水性質(zhì),染液不易潤濕,阻礙了染料的吸附和擴散,難以上染。特別是一些親和力不高的染料,殘液中染料濃度含量高,污水處理較難。1.低溫等離子技術(shù)低溫等離子體處理技術(shù)以其清潔、快速和對羊毛損傷少而倍受關(guān)注。等離子體處理只作用于羊毛纖維表面極淺的一層(30~50nm),從而使纖維原有的優(yōu)點幾乎不變。羊毛纖維在等離子體處理時,受到高能粒子的轟擊,其鱗片表面分子的部分化學(xué)鍵斷開,與等離子體中的氧自由基、氮自由基結(jié)合,形成含氧、含氮的極性基團。這就使纖維分子間力增加,從而提高了纖維的摩擦系數(shù)。另外羊毛纖維表面分子中,某些碳原子的化學(xué)鍵被打斷,碳原子游離出來與等離子體中的氧基結(jié)合成CO或CO2被排放,使鱗片表面留下空缺而變得坑坑洼洼,這就是等離子體所謂的“刻蝕”作用。在上述作用過程中,羊毛纖維被進行了一次“清洗”,表面老化的、易脫落的角質(zhì)細胞被大量“洗掉”,相當于除去了纖維間產(chǎn)生滑動摩擦的介質(zhì),使摩擦力增大1.低溫等離子技術(shù)低溫等離子體處理羊毛,可改變羊毛表面的化學(xué)組分,使羊毛表面增加極性基團使紡織品表面粗糙化,減少對光的表面反射,提高染色織物的表觀深度和染色濃度織物比表面積的增加,有利于染料在纖維中的擴散,增加對染料的吸收羊毛表面形成的刻蝕效應(yīng),破壞了鱗片層胱氨酸中二硫鍵,使其斷裂形成磺基丙氨酸或氧化后形成硫代磺酸鹽,提高了羊毛纖維表面的親水性和極性,改善了潤濕性,提高了染料對纖維的親和力由于破壞鱗片層胱氨酸中二硫鍵,致使羊毛染色壁障被破壞,使染料分子容易進入纖維內(nèi)部染色時滲透性增強,容易吸附染料,因此初染溫度降低,染色速率提高等離子體的物理破壞作用(表面刻蝕)使鱗片變軟,染色時纖維容易潤濕和溶脹,染料分子容易吸附在纖維表面,并擴散進入纖維內(nèi)部,使上染速率明顯提高,平衡上染時間大大縮短,對處理樣顏色光澤起增深作用2.超聲波技術(shù)

目前,國外學(xué)者已經(jīng)對超聲波技術(shù)在紡織品濕加工過程中的應(yīng)用作了大量的研究,但從應(yīng)用效果和經(jīng)濟的角度考慮,超聲波應(yīng)用于染色最為有利。它可以降低染色溫度、增加染色深度、縮短染色時間、節(jié)約染料、減少污染,尤其是對疏水性纖維在水溶液中染色的作用十分顯著。2.超聲波技術(shù)超聲波作用于纖維時,在纖維無定形區(qū)的空隙產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變能的集中,引起裂紋的擴展形成新表面,即無定形區(qū)的空隙加大。同時,由于超聲波的作用,產(chǎn)生纖維表面的微觀滑移而形成疲勞源,在纖維的表面刻蝕出微孔,使羊毛鱗片變鈍,尖部受損,鱗片層之間開裂,削弱分子間作用力及分子內(nèi)的氫鍵作用,膨潤性增加,纖維中有足夠大的空隙使染料分子更容易擴散進入內(nèi)部,使染料平衡上染百分率提高,上染速率加快,提高了羊毛的可染性。3.助劑增溶染色技術(shù)（4類）（1）第一類是利用助劑的溶脹作用，使羊毛在較低的溫度區(qū)間就發(fā)生膨脹，以利于染料及酸劑的進入，將上染區(qū)間前移。這類助劑的溶脹作用，實際上屬于對羊毛的潤濕滲透作用，是界面作用。用量較多，在羊毛染色工藝及纖維強力方面，對纖維影響不大；

（2）第二類是有機還原劑類助劑主要是領(lǐng)先打開羊毛纖維的二硫鍵及部分肽鍵，增加大量的染座。由于羊毛表面鱗片層相對含硫較多，因此這類助劑主要作用于羊毛表面鱗片，因為大大增加了纖維與染料的親和性，使上染區(qū)間前移完成低溫上染。缺點：助劑則實際上是化學(xué)作用，對纖維有一定的破壞，易使纖維脆損。從保護羊毛特性的角度考慮，在染色方面應(yīng)避免化學(xué)作用；3.助劑增溶染色技術(shù)（4類）（3）第二類助劑的基本原理是利用助劑分子與羊毛纖維有特殊的親和力，在顯微外表面形成一層薄膜包覆纖維，同時這層薄膜對染料也有很好的親和力。通過這層薄膜對兩者的親和作用使纖維和染料在低溫時就均勻吸附，有利于在溫度升高時，幫助染料迅速轉(zhuǎn)移到纖維內(nèi)部完成上染。優(yōu)點：由于這類助劑幫助染料克服了上染時的勢能，因而從染料在纖維與溶液間分布的角度考察，是使上染區(qū)間前移了。只是上染初期屬于環(huán)染，隨著溫度的升高，染料逐漸轉(zhuǎn)移至纖維內(nèi)部，由環(huán)染變成透染。缺點：第二類助劑的包覆作用，就助劑的分子結(jié)構(gòu)而言有相當?shù)碾y度，也符合表面活性劑的特點，但在應(yīng)用方面控制用量要求嚴格，過少不能成膜，過多膜層厚影響染料向纖維轉(zhuǎn)移；（4）第四類是對鱗片有乳化表層脂類作用的表面活性劑4.超臨界二氧化碳技術(shù)在超臨界條件下,CO2具有非常獨特的理化性質(zhì):

擴散系數(shù)高,傳質(zhì)速率快;粘度低,混合性能好;密度高(相對于氣體),介電系數(shù)低,能與有機物完全互溶;對無機物溶解度低,有利于固體分離,而且理化性質(zhì)容易通過溫度和壓力的變化來實現(xiàn)連續(xù)變化4.超臨界二氧化碳技術(shù)超臨界CO2流體染色優(yōu)點有:(1)染色時不用水,無廢水污染;(2)染色結(jié)束后可降低壓力,此時CO2氣化不需要進行染后烘干,既可縮短工藝流程,又可縮短染色時間、節(jié)省烘干能源;(3)上染速度快,勻染性和透染性好,染色重現(xiàn)性很好;(4)CO2本身無毒,不燃,可重復(fù)利用;(5)染料可重復(fù)利用,染色時不需要添加分散劑、勻染劑、緩沖劑等助劑,不僅可降低成本,提高染料的利用率,還有利于環(huán)境保護,減少污染。5.紫外線輻射技術(shù)紫外線輻射處理可改變羊毛表面的化學(xué)結(jié)構(gòu),改善羊毛的染色性能。短時間的紫外線處理(60min)帶來的化學(xué)改變僅局限于羊毛纖維的表面,纖維整體性能不受影響。羊毛紫外線處理后的變化可歸結(jié)為羊毛鱗片表層胱氨酸的二硫鍵被氧化和破壞,使影響染料分子從染浴向纖維內(nèi)擴散的染色壁障被去除。因此紫外線輻射處理改變了羊毛的染色性能,纖維染色擴散系數(shù)提高,在較低的上染溫度即有較高上染速率和色深值。研究表明,紫外線輻射處理是一種有效的羊毛表面變性技術(shù),加工效率可通過加入光敏劑促進輻射能量的吸收和反應(yīng)的進行來提高。紫外線輻射技術(shù)無污染、易控制,在日益重視環(huán)境保護的今天將有著光明的應(yīng)用前景。6.電化學(xué)技術(shù)

電化學(xué)染色就是將染液置于電場環(huán)境下，利用電解液的離子定向移動和電極反應(yīng)，以電能代替或部分代替熱能，在低于常規(guī)染色溫度下進行的染色過程，以期達到降低能耗和提高上染百分率、加快上染速率、節(jié)省時間的目的，同時有利于減小環(huán)境污染，改善工人的勞動保護條件?

羊毛染色用酸性、活性染料分子在水中均能離子化，染液置于電場后將羊毛織物置于一側(cè)電極。染料離子向電荷剌反的電極移動，當染色達到平衡時，與常規(guī)染色相比，染料在液相中的純化學(xué)位即染料在染液中的活度必然降低，而染料在纖維中的純化學(xué)位即染料在纖維中的活度必然提高，導(dǎo)致上染百分率提高。

電化學(xué)染色可以實現(xiàn)羊毛的低溫短時間染色，減少了羊毛沸染產(chǎn)生的損傷，可以采用較少的染料獲得所要求的色澤，還可以減少染色殘液中染料的排放量。7.微膠囊技術(shù)

采用微膠囊化技術(shù)染羊毛纖維，可以實現(xiàn)染色的均勻性，降低綿絨性，避免染料在織物上形成色斑；微膠囊的隔離緩釋作用可以降低重金屬鉻離子對環(huán)境的污染。

微膠囊染色技術(shù)的基本原理是利用微膠囊的隔離和緩釋作用。在染液中水分子易進人染料微膠囊，并溶解其中的一小部分染料，形成染料溶液。較高的染料溶液化學(xué)位促使微膠囊內(nèi)溶液中的染料分子向外擴散，染料分子在羊毛纖維表面吸附，并向纖維內(nèi)部擴散，水中的單個分子染料繼續(xù)向纖維表面吸附，破壞水中染料的溶解平衡，此時膠囊內(nèi)的染料繼續(xù)向外擴散，補充膠囊外水中的染料分子。通過溶解→向外擴散→向纖維表面吸附→向纖維內(nèi)部擴散過程的不斷進行，纖維上染的染料不斷增多，纖維的顏色越來越深。保證了染色的均勻性，同時染色結(jié)束后纖維上的浮色量保持最低。微膠囊染料染色無需專門沒備，染色完畢廢液中只含有直徑數(shù)微米的微膠囊，采用沉淀或過濾辦法即可與染液分離。尤其對于中性染料，可降低重金屬對水質(zhì)的污染，微膠囊染料的研制成功為印染行業(yè)以，印染料工業(yè)清潔生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。7.微膠囊技術(shù)8.微波技術(shù)

由于微波對物體的穿透性比較好，并且微波振動與極性材料分子的偶極振動以及水分子的轉(zhuǎn)動頻率類似，很容易被極性材料分子尤其是水分子吸收。羊毛染色加工所用的各種整理劑及染料都是極性的分子，在交變的微波電場存在的條件下，產(chǎn)生熱效應(yīng)，有利于染料的上染，可降低能源的消耗。

在微波輻射下，水分子的介電損耗極大，此纖維織物更能強烈地吸收微波的能量，在微波的染整加工過程中，存在于織物及溶液中的水分子吸收了微波的能量，使水分子運動加劇，從而大大地促進染料分子及整理劑分子在織物內(nèi)部的擴散，有效地推動了染料分子及整理劑分子與纖維分子的結(jié)合，極大地增大染料及整理劑分子的擴散系數(shù)。由于微波的加熱，染料的分子向纖維內(nèi)急速擴散，促使染料分子與纖維間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，因此上染百分率高，染色深度深，牢度增大。9.微懸浮技術(shù)以微懸浮體染色工藝對羊毛纖維進行染色,在染色初始的低溫條件下,隨著染液的循環(huán),微懸浮體化助劑與染液形成穩(wěn)定的染料微懸浮體體系。在一定條件下,該懸浮體具有較強的疏水性,與羊毛纖維間存在較強的親和力,于較低的溫度下在纖維表面發(fā)生均勻的吸附。隨著染浴溫度的升高,因該微懸浮體化助劑具有特殊的結(jié)構(gòu)和性能,可使吸附在纖維表面的染料微懸浮體發(fā)生解體,釋出的染料分子向纖維內(nèi)部擴散,進而固著于纖維內(nèi)部。10.羊毛染色技術(shù)構(gòu)想將微波染色技術(shù)與助劑增溶染色技術(shù)相結(jié)合通過利用助劑，增加大量的染座，作用于羊毛表面鱗片，增加纖維與染料的親和性；同時利用微波的加熱，使染料的分子向纖維內(nèi)急速擴散，促使染料分子與纖維間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)在順利完成低溫上染的同

時提高上染百分率，加深

染色深度及染色牢度。11.結(jié)語高新技術(shù)的應(yīng)用,使羊毛獲得了更優(yōu)良的性能。毛紡產(chǎn)品也向著超柔軟、不起球、機可洗、免熨燙、易護理的方向發(fā)展,如用毛織物制作嬰兒裝、運動服或醫(yī)用產(chǎn)品等,這些會使