（纺织化学与染整工程专业论文）羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

。缝懋 羊毛低温染色助剂及纤维强力提删的开发和应用 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 摘要 羊毛纤维传统染色必须在沸染条件下进行，导致纤维损伤、强力 下降，对纺纱、织造等后加工不利，而且长时间沸染能耗大，不利于 环保，染色成本高。为了获得良好的机械性能，减少羊毛在染色过程 中的损伤，降低染色过程的能耗，人们提出了许多方法，应用较广的 主要有两种：保护剂存在下的高温染色工艺和低温染色工艺。 随着国家和国际社会对环境、能源问题的日益关注，环保、低能 耗的染整加工工艺及方法成为科研人员研究和开发的重点。开发低温 染色工艺即是这一趋势的重要体现。但是用现有低温助剂对羊毛进行 低温染色存在以下缺点：不是所有类型的染料都适合用于低温染色工 艺；染深色时存在染色牢度和透染问题；有些助剂过快加速上染纤维， 会出现匀染性问题，通常不能竭染。因此这种方法只能用于某些染料 品种及染浅中色调。 针对以上问题，本课题采用两种思路进行解决。即开发一种新型 的羊毛低温染色助剂，在较低温度和较短时间下，保证染料快速均匀 地上染纤维并透染，同时具有较高的吸尽率和对染料具有较广的适应 性，使羊毛的强力损伤达到最小，提高产品质量；采用强力提升剂对 已染羊毛进行整理，以提高其强力。 本文自行配制了一种低温染色助剂，在8 5 下对羊毛进行低温 。醢懋羊毛低温染色助剂及纤煳力提删的开发和应用 染色，并与常规染色及商品化低温助剂进行对比实验。对白配低温助 剂的用量进行了探讨，确定最佳用量为1 0 9 l 。通过对多种染料的上 染率、染色牢度、透染性等染色性能的测试，结果表明，用自配助剂 低温染色能在较低温度下达到较高的上染率，所选用的弱酸性染料上 染率均达到了9 5 以上，各项色牢度指标也达到了传统染色效果。与 常规染色相比，用自配助剂进行低温染色可在很大程度上减少纤维损 伤，使弱酸性染料染色的纤维强度降低率从常规染色的1 7 3 2 减少 到7 2 6 ，织物的经、纬向撕破强力损伤分别从常规染色的3 6 5 8 和2 4 0 1 降低到1 0 1 4 和1 0 9 9 。该助剂对染料的适应性较广，相 比于市场上的两种低温助剂，其综合性能较佳。 为了提高已染羊毛的强力，以实验室合成的水性聚氨酯为整理 剂，对已染羊毛纤维及织物进行整理。通过对处理前后的单纤强力和 织物撕破强力进行测定表明，不同结构的水性聚氨酯对羊毛强力的影 响不同，在所测试的几种结构中，只有用p e g 1 5 0 0 及由胺类化合物 b 、硅烷化合物、小分子多羟基化合物组成的扩链剂合成的一系列水 性聚氨酯能够提高强力，且当硅烷化合物的分子量为8 5 0 、其对小分 子多羟基化合物取代比例为6 0 时，合成的聚氨酯对羊毛强力提升作 用最明显。 本文以该结构的p u 为强力提升剂，就用量与整理效果的关系进 行了探讨，确定其浸渍工艺最佳用量为1 0 ( o w ) ，浸轧工艺最佳用 量为9 9 l 。对整理样品的强力测定结果表明，该强力提升剂能使弱酸 性染料染色的纤维强度增加1 8 9 2 ，织物经向撕破强力增加1 0 4 1 ； 。缝继 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 中性染料染色的纤维强度增加1 6 3 3 ，织物经向撕破强力增加 7 3 7 。采用强力提升剂整理后的织物，除了一些染料的干摩擦牢度 略有降低外，其它各项色牢度等级都基本不变或有提高。处理后纤维 的顺鳞片摩擦系数和逆鳞片摩擦系数均降低。 关键词：羊毛纤维，低温染色，纤维损伤，单纤强力，撕破强力，色 牢度，水性聚氨酯，摩擦系数 。缝懋 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 a p p l i c a t i o no fl o wt e m e r a t u red y e i n ga g e n t a n ds t re n g t hn 佃r o v e rf o rw o o l a b s t r a c t d y e i n gw o o lf i b e rp r o d u c t si sg e n e r a l l yc a r r i e do u ta tab o i l i n gt e n l p e r a t m t h u s ，v a r i o u s d i s a d v a n t a g e ss u c h 勰y e l l o w i n g ，s t r e n g t hl o s so fp r o t e i nf i b e r , a n dt h el i k ea g e n e r a t e d , w h i c h p r o d u c eu n f a v o r a b l ee f f e c t so nt h es p i na b i l i t yo f 伍ef i b e r 、h a t sm o r e ，t h ec o n v e n t i o n a lp r o t e i n f i b e rd y e i n gt e c l m i q u ei sn o tn e c e s s a r i l yo p t i m mi nv i e wo fl o we n e r g yc o s t i no r d e rt os o l v e t h e s ep r o b l e m s ，t h e r eh a v eb e e ni n v e s t i g a t e dm a n ym e t h o d s ，o fw h i c ht h et w om o s tw i d e l yu s e d a d y e i n gw o o la tab o i l i n gt e m p e r a t u r e 、) l ，i 也p r o t e c t i v ea g e n t sa n dt h el o w - t e m p e r a t m ed y e i n g m e t h o d w i t ht h ei n c r e a s i n ga t t e n t i o nt ot h e i s s u e so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n de n e r g y , t h e i n d u s t r i e sw e r er e q u i r e dt of i n de n v i r o n m e n t a l l yf a v o r a b l ea l t e r n a t i v e s i nd y e i n ga n df i n i s h i n g p r o c e s s e s 1 1 1 cd e v e l o p m e n to fl o w t e m p e r a t u r ed y e i n gm e t h o do fw li sa ni m p o r t a n tr e f l e c t i o n o ft h i st e n d e n c y h o w t ，v e r , d y e i n gw o o la tl o wt e m p e r a t u r e1 j i ，i mt h ee x i s t i n ga g e n t sh a sn o ty e t b e e np r a c t i c a l l yu s e db yt h er e a s o n s 鹤m e n t i o n e db e l o w t h a ti s ，n o ta l lk i n d so fd y e s 躺 a p p r o p r i a t ef o rl o w - t e m p e r a t u r ed y e i n g a l s od y e i n gf a s t n e s so ft h er e s u l t i n gd y e dm a t e r i a li s l i k e l yl o wa n dp e r m e a t i o no fad y ei si n s u f f i c i e n t , a n du n i f o r md y e i n gi si m p a i r e ds i n c et h ed y e i n g a n df i x a t i o na 托t o of a s t a sar e s u l t , t h i sm e t h o di so n l yl i m i t e dt os o m ed y e sa n dl i g h ts h a d e t h eo b j e c to ft h i sp a p e ri st op r o v i d eal o w t e m p e r a t u r ed y e i n ga d d i t i v ef o rw o o l ，s ot h a tt h e f i b e rc d u l db ed y e da tl o w e rt e m p e r a t u r ea n ds h o r t e rt i m e 、以ms a t i s f i e dd y e i n gp 盱f 0 m a n a n d l o we n e r g yc o s t w ea l s od e v e l o p e das t r e n g t hi m p r o v e ri no r d e rt oe n h a n c et h es t r e n g t ho ft h e d y e dw 0 0 1 l o wt e m p e r a t u r ed y e i n go fw o o lw i las e l f - m a d ea g e n ta n dt w oo t h e ra u x i l i a r i e sh a sb e e n c a r r i e do u ta t8 5 c 1 1 1 ed o s a g eo ft h ea g e n to nt h ed y ep i c k u pw a ss t u d i e da n d1 0 9 lw 雒 r e c o m m e n d e d d y e i n gp e r f o r m a n c es u c ha sd y ep i c k u p ，c o l o rf a s t n e s sa n dp e r m e a t i o no fad y e w 勰c o m p a r e d 、加t hc o n v e n t i o n a ld y e i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es a t u r a t i o nd y ee x l 姗t i o no f a c i dd y e sd y e da tl o wt e m p e r a t u r ew 舔a b o v e9 5 ，a n dt h ec o l o rf a 蛐b 鹪w 勰b a s i c a l l ya tt h e s 锄l e v e lw i t ht h o s ed y e da lt h eb n t h el o wt c m 球黝舳d y e i n gu s i n g 卸t l l m 蝴蛐d ca g e n t m a r k e d l yd i m i n i s h e dw o o lf i b e rd a m a g e ，蛔1 7 3 2 a tb o i l i n gt e m p e r a t u r et o7 2 6 ，a n d 、唧 o差黝羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用m m q m 丰半：仳揣驰丹田l 伸i 仪计疆 由，j 健7 r 竹l l 州7 r 厦删脞朋 a n dw e f td i r e c t i o nt e a r i n gs t r e n g t hd a m a g eo fw o o lf a b r i cd e c r e a s e df r o m3 6 5 8 t o1 0 1 4 a n d 2 4 0 1 t o1 0 9 9 r e s p e c t i v e l y , o o m p a r e dt ot h o s ed y e da tb o i l i n g t h es e l f - m a d ea g e n ti s a d a p t a b l et od i f f e r e n td y e s ，a n di t so v e r a l lp e r f o r m a n c e i sb e t t e rt h a nt w oo t h e ra u x i l i a r i e ss t u d i e d i nt h ep a p e r i no r d e rt oe l t h a n c 宅t h es t r e n g t ho fd y e dw o o l ，w a t e r - b a s e dp o l y u r e t h a n ew a su s e da sa f i n i s h i n ga g e n t f i b e rs t r e n g t ha n dt e a r i n gs t r e n g t ho ff a b r i cw a st e s t e d t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a t d i f f e r e n ts t r u c t u r eo fp o l y u r e t h a n eh a dad i f f e r e n ti m p a c t , o n l yt h eo n et h a tw a sp r e p a r e df r o m p e g - 1 5 0 0a n dt h ec h a i ne x t e n d e rw a sc o m p o s e do fa m i n e - g r o u pc o m p o u n d , s i l i c a n ec o m p o u n d a n ds m a l lm o l e c u l ec o m p o u n dw i t han u m b e 牙o fh y d r o x y lg r o u p sc o u l dd l h a n c t h es t r e n g t h , o f w h i c ht h em o l e c u l a rw e i g h to fs i l i c a n ec o m p o u n dw a s8 5 0 ，a n d6 0 o fh y d r o x y lg r o u p so ft h e h y d r o x y lc o m p o u n dw e r es u b s t i t u t eb ys i l i c a n ec o m p o u n d h a st h eb e s te f f e c t w ed e f i n e di ta st h e s t r e n g t hi m p r o v e rf o rw 0 0 1 t h ed o s a g eo ft h ea g e n to nt h et e a r i n gs t r e n g t hw a ss t u d i e da n d1 0 ( o w ) w a s r e c o m m e n d e db yt h ef i n i s h i n gp r o c e s so fs t e e p i n ga sw e l la s9 9 lb yp a d - b a k i n g s t r e n g t ho fw o o l f i b e rd y e dw i t ha c i dd y e si n c r e a s e d18 9 2 ，a n dw a r pd i r e c t i o nt e a r i n gs t r e n g t ho fw o o lf a b r i c i n c r e a s e dl o 4 1 f i b e rs 呦g i hr o s eb y1 6 3 3 a n d7 3 7 r e s p e c t i v e l yw h e ni tc a m et ot h e w o o ld y e dw i t hm e t a lc o m p l e xa c i dd y e s t r e a t e dw i t hs t r e n g t hi m p r o v e rr e s u l t e di nn os i d e e f f e c t so nt h ec o l o rf a s t n e s s e se x c e p tt h ed r yr u b b i n gf a s t n e s s e so fs o m ed y e s b o t hf r i c t i o n a l c o e f f i c i e n t sw i t hs c a l e sa n da g a i n s ts c a l e so f w o o ld e c r e a s e d c h ，e ，n ，j ，u h ，u ，i ( t e x t i l ec h e m i s t r ya n dd y e i n g & f i n i s h i n g ) s u p e r v i s e db ym a oz h i v i n g k e yw o r d s ：w o o l ，l o wt e m p e r a t u r ed y e i n g , f i b e rd a m a g e ，s i n g l ef i b e rs t r e n g t h ，t e a r i n g s t r e n g t h ，c o l o rf a s t n e s s ，w a t e r - b a s e dp o l y u r e t h a n e ，f i i c t i o n a lc o e f f i c i e n t v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：豫的愆 e t 期： 渺8 年f 月1 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密d o 学位论文作者签名：觚鞠稳 日期：矽3 年1 月 日 指导教师签名：凭听 日期：矽魂年f 月) 日。 。 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 1 前言 1 1 引言 羊毛纤维是一种优良的天然蛋白质纤维，具有丰满的手感，优良的吸湿性、 弹性、透气性、保暖性、舒适性以及独特的成衣效果，深受广大消费者的喜爱， 但由于羊毛纤维表面鳞片层的存在，对染料的吸附上染起到阻碍作用，传统染色 必须在沸染条件下进行，导致纤维损伤【l 。3 1 。 羊毛在染色中发生损伤的后果为：导致羊毛失重，产量降低，羊毛是一种高 价纤维，如果染厂在实际操作过程中，羊毛的重量损失高达5 时，产值就会大 幅度降低；造成加工困难，在染色过程中造成的散毛损伤，将使梳毛得率大幅度 降低，纺纱断头数增加、短纤维增加、纤维可纺性下降、纺纱产量减少；与未染 色的羊毛相比，经筒子纱染色的纱线由于强力下降、延伸度降低、拉伸性能恶化 以及纤维弹性降低等问题，在织造过程中将有较多的断头，且严重性与染色中所 造成的损伤程度成正比；手感粗糙，织物泛黄，特别是染浅色色光不鲜艳【4 】。 所以为了获得良好的机械性能，有必要控制羊毛在染色时的损伤。 1 2 羊毛纤维的染色损伤 1 2 1 染色损伤的化学根据 1 2 1 1 染色p h 对羊毛损伤的影响 羊毛纤维大分子中与损伤有关的最主要的两类共价键是肽键和二硫键。构成 蛋白质分子主链的肽键在中性条件下较稳定，不易发生水解，但在强酸性和强碱 性条件下却极易发生水解，使大分子主链断裂，导致纤维强力下降。而蛋白质分 子内的二硫键却在中性和碱性条件下易水解断裂。 在等离子范围内( p h 3 5 4 5 ) 染色，可使羊毛纤维损伤降到最低。在这种p h 下， 羊毛的纤维结构通过在质子化的氨基和羧酸盐阴离子间形成的盐键而得到最大 的加固；除此之外，还可使酰胺和二硫键的水解减少到最小。此时，羊毛纤维的 损伤主要由少量的肽键和二硫键水解引起。 。 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 建 蝠 鞲 蝌 靳 图1 1 1 染浴p h 值对羊毛纤维损伤的影响 1 2 1 2 二硫键的断裂与重建 蛋白质分子内二硫键的断裂与重建被认为是影响羊毛纤维机械性能的重要 因素。其断裂可通过多种方式完成。首先胱氨酸分解为半胱氨酸和丙胺酸次磺酸， 进一步可分解为硫化氢、脱氢丙氨酸和过硫化半胱氨酸残基。脱氢丙胺酸可与半 胱氨酸残基反应生成羊毛硫氨酸，也可与赖氨酸上的争氨基作用生成赖氨酸丙胺 酸交联产物，如反应式1 所示。半胱氨酸也可和二硫键发生交换反应，如反应式2 所示，该反应被公认为是导致羊毛纤维永久定型的主要原因，并与羊毛纤维的损 伤密切相关。大量研究表明：凡是可以抑制半胱氨酸与二硫键交换反应的因素， 也可以减少纤维的永久定型，并明显减少羊毛的损伤。因此可以简单地将羊毛损 伤归纳为：纤维内部化学键的断裂与重建一水解反应与二硫键交换反应。 ii i f pppl i | h p t _ c 飓一s 州心宁h 焉一p 卜1 瞪b + p 卜c 妒镁酣 严r严r 甲hp p 卜即s 鲥+ 啦。一r 蜥。黜+ 啦s r o 卜oll pppn h 卜吒砘+ q 卜弋心s h 州广吒嚆一s _ _ c 地潮 r吣r_o卜叼r叼 车弛+ 一。m 铫卓一。扛b 一一。m ，广 ： 弛+ 一c m c 嚆车一t 岳b 喝一n 一。m ，4 ： pr r严 反应式1 二硫键断裂机理 i i ll h f 弋蜥啃嘲下+ h f 弋醐煳h f l 地呻峭弋铲。f h + h ? 弋酽蹦 反应式2 半胱氨酸与二硫键的交换反应 2 o 差耋：笔堂 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 1 2 2 损伤的评价 损伤的评价一般分为化学方法和物理方法。 常用的化学方法是：碱溶度法和脲亚硫酸氢钠溶解度法。碱溶度法测定结 果以在标准条件下经氢氧化钠处理后的羊毛失重的百分率表示。常用于评价在高 温、酸性、炭化和过氧化物漂白条件下的损伤。碱溶度的增加对应于肽键的断裂 和二硫键的断裂；而碱溶度的减少对应于耐碱性交联的形成。通常碱溶性愈高， 则羊毛的损伤就愈大。脲亚硫酸氢盐试验是为了专门显示二硫键对羊毛硫氨酸 的变性程度而开发的，因而它是测定碱性损伤的有效方法。在这一情况下，脲 亚硫酸氢盐的溶解百分率越高，则羊毛的损伤越小【5 】。脲亚硫酸氢盐常用于中性 或碱性条件下损伤的评价。还有人提出根据羊毛对铜离子吸附量的大小来评价羊 毛的损伤程度。其原理是羊毛在酸性或碱性溶液中水解，形成的氨基、羧基对铜 离子具有吸附作用【6 】。 对于纱线，通常是测定纱线的断裂强力和断裂伸长。对于散毛和毛条，可以 采用i w t o 的束纤维强力测试方法 7 4 1 。在织物的情况下，损伤试验中测定的项目 有耐磨损牢度、撕破强力和湿顶破强力。有人认为湿顶破强力最为可靠，而且在 可接受的标准偏差下具有重现性。对织物而言，湿膨胀的增加也是评价损伤的重 要指标。一般来讲，湿膨胀大于6 0 , 4 时会导致织物的尺寸稳定性下降，影响织物 的服用性能。 1 2 3 减少羊毛损伤的方法 染色过程中减少羊毛损伤的方法主要有两种：保护剂存在下的高温染色工艺 和低温染色工艺。 保护剂存在下的染色是利用保护剂的作用，减少羊毛纤维在1 0 0 或1 0 0 以 上高温染色条件下的损伤，同时赋予纤维优良的染色效果。目前保护剂的种类主 要有：蛋白质衍生物类型、甲醛衍生物类型、活性染料类型和抗定形类型，其保 护机理各不相同。 羊毛低温染色是在初染阶段加入低温染色助剂，在染料向纤维吸附的同时， 低温促染剂与羊毛纤维上的活性基团产生氢键引力，从而使羊毛纤维上的染色序 位得到活化和扩展【9 】，提高羊毛的可染性能，使其在8 0 - - , 9 0 c 范围内达到上染的 目的。羊毛在较低温度较短时间下处理，一方面降低了羊毛的染色温度使其对羊 毛的损伤最小化，得到较好的物理化学性能，减少纺纱和纺织过程中的断纱和断 毛；另一方面可以节约大量的能源，降低羊毛染色的生产成本。 3 。 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 1 3 羊毛染色保护剂 1 3 1 蛋白质衍生物类型 蛋白质衍生物类型保护剂的出现源于人们的发现：羊毛纤维在旧染浴中的染 色损伤要低于在新染浴中的损伤。因此人们将蛋白质的水解产物加入染浴中，降 低羊毛纤维的水解速度并赋予羊毛柔软的手感，达到保护的目的。但是这类蛋白 质衍生物对1 ：2 酸性金属络合、酸性耐缩绒和活性染料的牢度特别是湿摩擦牢度 具有不良影响。因此，该类型的羊毛保护剂应该在染料已经大量被吸进后再加入 染浴中，通常用于高温条件下的延长保温染色过程。脂肪酸蛋白质缩合产物也具 有类似作用。 1 3 2 甲醛衍生物类型 毛涤混纺织物染色时，高温对羊毛纤维造成的损伤是致命的。为保证分散染 料对涤纶的染色，同时减少羊毛的损伤，甲醛作为羊毛保护剂被应用于1 0 0 c 以 上( 例如1 2 0 ) 条件下的毛涤混纺染色过程中，其作用机理被认为与交联作用 有关。 虽然甲醛价廉且保护性能良好，但其有毒、有刺鼻性气味、会污染环境，同 时由于手感较差和某些染料的还原问题使其很快被淘汰，代之以甲醛衍生物，如 二羟甲基亚乙基脲( d m e u ) ，它可以在染色高温条件下释放出高活性甲醛，并以 亚甲基桥键形成交联达到保护效果。最有代表性的甲醛衍生物商用羊毛保护剂是 汽巴嘉基生产的i r g a s o lh n n e w 。 1 3 3 活性染料类型 活性染料由于含有可与羊毛分子中硫醇基发生亲核取代或加成的活性基团 而具有保护作用。主要的活性官能团为乙烯砜基( - s 0 2 c h = c h 2 ) ，丙烯酰胺基 ( - n h c o c h = c h 2 ) 和a 溴代丙烯酰胺基( - n h c o c ( b r ) = c h 2 ) 。由于普通活性染 料分子量较大，难以快速扩散到羊毛纤维内部阻止纤维的永久定形。英国利兹大 学的l e w i s 教授合成了一系列双功能基的二乙烯砜无色、低分子量活性染料。在 p h = 3 。6 范围内这些染料具有良好的上染性，特别是在p h = 6 条件下能有效地减少 羊毛的染色损伤。活性染料保护的主要原因可能是对二硫键交换反应的影响和对 膜间质性质的影响。 1 3 4 抗定形类型 在2 0 世纪9 0 年代，澳大利亚联邦科学院纺织技术所发现，在染浴中加入氧化 试剂可有效地减少染色过程中羊毛的损伤，且任何可以与巯基发生化学反应的基 团都具有一定的保护作用，主要反映在减少了染色过程中的永久定形。染色过程 中氧化剂将羊毛纤维内的游离巯基或二硫键氧化，从而阻止了巯基和二硫键的交 4 。 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 换反应，使其无法永久定形，也就避免了纤维内外侧肽链受力的不均匀性。溴酸 钾、双氧水和马来酸盐都已作为保护剂应用于羊毛纤维的高温染色，商用产品也 已在毛纺生产中应用，但目前国外开发的商用产品均只在酸性条件下( 通常p h 值小于4 5 ) 保护效果明显【1 m 1 2 1 。 1 4 低温染色工艺 早在5 0 年代，国外就有人开始对羊毛低温染色进行探索。羊毛纤维外表有鳞 片，在6 0 c 以上水中，其鳞片角才张开，鳞片外层还有疏水膜。这使得羊毛纤维 具有天然的拒水性，难以润湿。在羊毛低温染色中，由于表面活性剂的特殊作用， 将始染温度降至室温，使上染区间向低温区扩展，以拉开上染量的分布，使得染 料上染量在不同温度区间均有分布，并使上染区间加大，在较低温度下就有较高 的上染量，从而达到低温染色的目的。到目前为止，已提出的羊毛低温染色法有： 溶剂助剂法、尿素法、甲酸法、生物酶处理法、低温染色助剂法等【1 3 1 。 1 4 1 溶剂助剂法 溶剂助剂法是在常规的液体染浴中，加入少量经筛选的溶剂( 小于5 克升) ， 可使羊毛在8 0 c 时上染。b h p a t e l 等用苯醇预处理羊毛织物，再进行低温短时间 染色，在7 0 c 、4 5 m i n 就能获得优良的染色效果【1 4 】。苯醇在羊毛染色中的作用： 断开染料分子之间的氢键，降低了染料的凝聚程度，在纤维上形成富含溶剂的液 相层；使纤维结构破裂，结构更松散；在更高的温度下，能使羊毛结构更无规化， 增加了染料从染浴到纤维分子结构的扩散速度。溶剂助剂法要求回收有机溶剂， 且对设备的密封性要求很高，投资成本高，严重影响生产环境，不能在工业上大 量应用。 1 4 2 尿素法 尿素法是i 扫c i b a - g e i g y 和国际羊毛咨询处联合开发的，包括将毛织物或毛条 用含有2 0 0 3 0 0 克升尿素的溶液进行轧一卷染色。该方法可以显著地改善织物的性 能。在某些情况下，为了获得良好的得色量和匀染，可在轧液中加入亚硫酸氢盐。 当加入1 0 克升n a h s 0 3 时，不会损伤纤维的物理特性，但加入2 0 克升的n a h s 0 3 却丧失了这一体系的“无损”优点，且尿素的效率不够，因此未在大生产上推广 应用。 1 4 3 蚁酸法 蚁酸法是用大浴比的浓甲酸( 9 8 ) 在室温下进行染色的。c i b a - g e i g y 推出了 这一工艺的一种改进方法，即将毛织物用含有2 0 0 3 0 0 克升蚁酸、并经增稠的轧 液进行轧卷染色【1 5 】。蚁酸法要求必须使用昂贵的耐酸钢材制成的专用设备【1 6 1 ， 蚁酸本身的酸度过强易造成羊毛损伤，未能得到工业化应用。 5 。 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 1 4 4 生物酶处理法 生物酶处理法在低温染色生产中也较多应用。樊增禄 1 7 , 1 s 】等研究了酶对羊毛 染色性能的影响，a 砒v a 等对酶的作用进行了研究【1 9 1 。羊毛酶处理再低温染色， 比其它低温染色可使织物手感、悬垂性更好，织物表面毛羽和起球最小。但是酶 成本高，易失活，必须控制处理条件，蛋白酶能使羊毛肽链水解，影响羊毛的强 力，氧化前处理对羊毛也有损伤作用，所以要选择在温和的条件下进行羊毛酶处 理【2 0 】。 1 4 5 低温染色助剂法 目前在国内已有规模使用的羊毛低温染色助剂有四类：一类是以b a y l a nn t 为代表。其基本原理是利用这些助剂对羊毛的溶胀作用，使羊毛在较低的温度区 间就发生膨胀，以利于染料及酸剂的进入，将上染区间前移。这类助剂的溶胀作 用，实际上属于对羊毛的润湿渗透作用，是界面作用。用量较多，在羊毛染色工 艺及纤维强力方面，对纤维影响不大。 第二类是以l a n a s a nl t 为代表。这类助剂分子，与羊毛纤维有特殊的亲和力， 在纤维外表形成一层薄膜包覆纤维，同时这层薄膜对染料也有很好的亲和力。通 过这层薄膜对两者的亲和作用使纤维和染料在低温时就均匀吸附，有利于在温度 升高时，帮助染料迅速转移至纤维内部完成上染。这类助剂能帮助染料克服上染 时的势能，使上染区间前移了。只是上染初期属于环染，随着温度的升高，逐渐 由环染变成透染。此类助剂控制用量要求严格，过少不能成膜，过多膜层厚影响 染料向纤维转移。 第三类则是有机还原剂类。这类助剂主要是依靠打开羊毛纤维的二硫键及部 分肽键，增加大量的染座。由于羊毛表面鳞片层相对含硫较多，因此这类助剂主 要作用于羊毛表面鳞片，因而大大增加了纤维与染料的亲和性，使上染区间前移 完成低温上染。此类助剂实际上是化学作用，对纤维有一定的破坏，易使纤维脆 损。 第四类为对鳞片有乳化表层脂类作用的表面活性剂，它不同于第一类对羊毛 的润湿渗透作用。 从保护羊毛特性的角度考虑，在染色方面应避免化学作用，因此，第一类和 第四类助剂为首选。这类助剂分子易与染料分子发生氢键结合，易使染料解聚成 单分子，有利于染料的扩散；而同时助剂分子中的疏水键与羊毛亲和，由于表面 活性剂的特点使羊毛的亲水性增加，利用水的增塑作用加速了羊毛的膨化，为染 料分子的进入提供了通道和空间，故有助于上染区间前移而又不损伤羊毛纤维。 6 。 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 1 5 低温染色的发展 1 5 1 利用低温染色助剂进行低温染色 1 5 1 1 纳米型促染剂 纳米材料具有小尺寸效应及庞大的比表面、键态严重失配的特性，采用纳米 材料制备的促染剂其化学活性显著提高，可以降低纤维大分子断键的活化能而与 染料产生催化缔合，对染料产生明显的促染效果，从而使染色温度降低，且色牢 度仍能达到沸染标准，如周顺兴等研制的纳米型低温助剂n m d l 2 1 1 。冯爱芬 2 2 , 2 3 1 等分别应用纳米型低温染色助剂k d 、c m e t 进行酸性染料，媒介染料的低温染色， 证实所用染料的两种低温染色都达到常规沸染的尽染率和染色牢度。 纳米型促染剂在低温下染羊毛、丝光羊毛、绢丝与羊毛混梳纤维都普遍提高 了纤维强力，降低了失重率，显著地保护羊毛减少损伤，从而使纺纱断头率降低， 提高了生产效率及成品的实物质量。但目前，应用纳米促染剂的低温染色还处于 探索阶段，其助染机理有待更进一步研究。 1 5 1 2 表面活性剂 表面活性剂能增强羊毛的润湿性，对羊毛表面壁障有削弱作用，当助剂吸附 于纤维表面时，在弱酸性条件下能降低羊毛表面负电荷( 6 ) ，从而使染料负离子 与纤维之间的斥力减小，增加了纤维表面的染料浓度，提高了扩散性能，有利于 染料的上染，如澳大利亚的r i p p o n 等开发的两性表面活性剂低温助剂v a l s o l l t a 2 4 1 。刘哲懿研究的低温促染剂f t 是带脂肪长链的弱阳离子型表面活性剂， 该助剂主要是增加染色的匀染性，在三元色拼色时使上染轨迹趋于一致。助剂f t 可能改变了类脂层的规整性，提高了纤维表面对外界染化料的可及性，进而促使 染化料向纤维内部扩散1 2 5 1 。 b a y l a nn t 是1 9 8 7 年德国拜耳公司推出的商业化非离子表面活性剂产品，化 学结构是烷基聚乙二醇醚烷基芳基聚乙二醇醚，每分子4 - , 5 个氧化乙烯单元， b a y l a nn t 在低温染色中的作用，一是作为聚乙氧基类表面活性剂的助染共性作 用，二是b a y l a nn t 对羊毛的内部类脂体中重要的类脂体双层结构的改性。用 b a y l a nn t 助剂低温染色试样的色牢度与常规染色色牢度同水平，低温染色尽染 率高( 2 6 】。 1 5 1 3 低温染色助剂l a d 王雪燕等用自制的低温染色助剂l a d 对羊毛进行低温染色。该低温染色助剂 非常适用于弱酸性染料染色，尤其是染深浓色，不需用酸和盐。织物的色牢度有 所降低，用活性染料染色时更为明显，还需进一步改进。l a d 可使羊毛纤维膨化， 充分溶胀，对染料有增溶解聚和携染作用，还能降低染料向纤维内部扩散的空间 7 o 醢继羊毛低温染色助剂及纤黼力提升剂的开发和应用 阻力，有利于染料向纤维表面吸附和向纤维内部扩散【2 7 】。 1 5 1 4 羊毛低温促染剂w l d 羊毛低温促染剂w l d 为聚合型阳离子化合物与非离子表面活性剂复合而 成。郭宏均等应用该助剂进行了羊绒散纤维的低温染色。w l d 在强碱( n a o h ) 作 用下，能与毛纤维上的活性基因产尘氢键缔合反应，从而使毛纤维上的染色席位 得到活化和扩展。此外w l d 能使羊毛在低温下实现溶胀，具有分散作用，对染 料起解聚作用，有利于染料的低温吸附与扩散，达到匀染的效果团】。 1 5 2 改性后低温染色 1 5 2 1 羊毛表面化学改性的低温染色 对羊毛进行氨盐预处理再进行低温染色研究，羊毛受氨水作用，表面正电 荷中心浓度增加，有利于阴离子染料的上染，预处理改变了羊毛纤维中盐式键及 氢键的状况，结构疏松，利于染料的扩散。因此，氨盐预处理羊毛后，可进行 低温染色【2 9 1 。 陈美云等对羊毛进行二乙胺预处理后低温染色。二乙胺对羊毛的作用：羊毛 受二乙胺的作用可生成氨基丙氨酸，增加了吸附染料的染座；羊毛中的二硫键断 裂，其结构变得更加疏松，为染料向纤维内部扩散提供了方便；二乙胺为碱，可 以改变羊毛的表面活性，促进羊毛对染料的吸附；二乙胺对角质细胞黏合物的溶 出有一定的作用，增加了染料进入羊毛纤维的通道，所以上染率有所增加。由于 上述机理，二乙胺预处理羊毛后，也可低温染色【3 0 】。 1 5 2 2 羊毛表面物理改性的低温染色 ( 1 ) 低温等离子体处理 等离子体是部分离子化的气体，是一种新物质聚集态。聚集态中电子的负电 荷总数与离子的正电荷总数在数值上相等，宏观上呈现电中性。低温等离子体用 于羊毛低温染色是新的研究方向。c w k a n 等对低温等离子体处理羊毛后羊毛表 面物理结构和化学成分的变化进行了研究【3 l 】。汪前东等对等离子处理羊毛后织物 的染色性能进行了探讨【3 2 1 。低温等离子体改性减少了染色表面壁障，可以改进羊 毛的染色性能，加快上染速率，提高染色深度和匀染性【3 3 川。低温等离子体处理 属于干式加工，有节能、节水、无污染等优点【3 5 ，3 6 1 ，但其处理成本高，工艺复杂， 限制了工业化。 ( 2 ) 紫外线辐射处理 紫外线照射使羊毛鳞片表面胱氨酸氧化，二硫键断裂，羊毛染色初始壁障打 破。朱若英等用紫外线处理羊毛，分别进行4 5 、5 0 、5 5 、6 0 等温染色，并用红 外光谱仪与x p s 分析了处理前后羊毛纤维表面的化学变化，结果显示紫外线照射 前后羊毛红外光谱无实质变化，紫外光照仅限于鳞片表面，处理后的羊毛在较低 8 o 差妻! ：笔堂 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 温度就有较高的上染速率和染色k s 值【3 7 】。 1 5 3 超声波低温染色 超声波染色的温度采用4 5 - - 6 5 ( 2 ，属于低温染色。染浴无需外加热能，避免 了高温染色对蛋白质纤维和部分化学纤维所造成的损伤，还可以提高染料上染百 分率、节约染料、降低染色温度、缩短染色时间、降低环境污染【3 8 3 9 1 。何江等研 究了超声波作用下酸性橙i i 染羊毛的染色行为，8 0 ( 2 低温染色，超声波作用 2 0 m i n ，上染速率明显加快，很快达到染色平衡，色牢度与常规染色基本相同。 1 6 低温染色的优点 长时间沸染，能耗大，不利于环境保护，染色成本高。研究羊毛纤维的低温 染色工艺可减少纤维损伤，如羊绒用低温染色，纤维强力比常规工艺提高2 0 左 右，羊绒纤维平均长度比原工艺长2 1 1 4 1 1 ，而羊毛纤维低温染色可使强力提高 1 2 左右，平均断裂伸长率提高6 【4 2 1 ，单纤维强力的提高可使纺纱断头率下降， 提高纺纱制成率和织机效率，显著减少纱疵，提高产品质量和档次。低温染色还 可以缩短染色时间，降低生产成本约3 0 ，使生产效率提高约2 5 【4 3 】，减少能源 消耗，在8 5 c 左右进行染色，比常规染色工艺可节约能量约1 3 3 。因此低温染 色具有良好的应用前景。 1 7 低温染色中的问题 羊毛低温染色的缺点是：不是所有类型的染料都适合用于低温染色工艺，目 前国内外所进行的低温染色研究与应用中仅用了三种类型；染深色时存在染色牢 度和透染的问题；有些助剂过快加速上染纤维，会出现匀染性问题，通常不能竭 染。因此这种方法只能用于某些染料品种及染浅中色调 删。 1 8 本课题的出发点和研究内容 羊毛纤维常规染色时发生化学降解作用，纤维的物理性能受到损伤，导致产 品手感粗糙、纤维强力下降、纺纱性能和制成率降低、天然风格受到破坏。而且 长时间沸染能耗大，不利于环境保护，染色成本高。为了解决羊毛因为染色后强 力损伤较大、纺纱断头数增加、纺纱产量减少、织造断裂增加等问题，提高纺纱 制成率和织机效率，本课题采用两种思路提高染色后羊毛纤维的强力。 首先利用低温染色，减少羊毛纤维在染色过程中的强力损伤。本课题旨在开 发一种新型的羊毛低温染色助剂，在较低温度和较短时间下，保证染料快速均匀 地上染纤维并透染，同时具有较高的吸尽率和对染料具有较广的适应性，使羊毛 的强力损伤达到最小，提高产品质量，同时还可以节约能源，降低生产成本，提 高经济效益。 9 0 差：壹! ：曼量 羊毛低温染色助剂及纤维强力提升剂的开发和应用 而为了解决已染纤维或织物的强力损伤问题，本课题拟用实验室合成的水性 聚氨酯作为一种强力提升剂，对染色后的纤维或织物进行整理，使整理剂在纤维 表面形成一层